DE69821750T2 - Hybridantriebssystem zur Verwendung im Fahrzeugbetrieb - Google Patents

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Description

  • BEREICH DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft Antriebsenergiesysteme zur Verwendung beim Antrieb von Fahrzeugen. Die Erfindung betrifft insbesondere Antriebsenergiesysteme, die eine Anordnung von zwei oder mehr mit einem Getriebe gekoppelten Antriebselemente umfassen, welche allgemein als „Hybridantriebssysteme" bezeichnet werden, für Straßenfahrzeuge, wie etwa Omnibusse.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Straßenfahrzeuge, insbesondere Omnibusse, werden für mehrere unterschiedliche Betriebsarten eingesetzt, die sich praktischerweise wie folgt kategorisieren lassen:
    • (a) im Innenstadtbezirk (CBD) oder Schulnahverkehrsbetrieb, wo typischerweise bis zu 100 km pro Tag zurückgelegt werden;
    • (b) kommerzieller Nicht-Transitbetrieb, wo typischerweise ca. 120 km proTag zurückgelegt werden;
    • (c) Vorstadttransitbetrieb, wo typischerweise zwischen 100 bis 200 km proTag zurückgelegt werden; und
    • (d) Fernverkehrsbetrieb, wo typischerweise 400 km oder mehr pro Tag zurückgelegt werden.
  • In Tabelle 1 (nächste Seite) sind einige typische Betriebsparameter für jede dieser Kategorien aufgeführt. Die Parameter schließen Angaben ein, wie oft der Omnibus wahrscheinlich pro Kilometer in den Betriebsstunden pro Tag durchschnittlich anhält, die verfügbaren Gelegenheiten zum Aufladen der Batterie, falls benutzt, die relative Erfordernis für sanften Fahrzeugbetrieb, die relative Bedeutung der Energieregenerierung und der Getriebeleistung sowie die Anzahl der Fahrgastplätze. Aus den folgenden Parametern geht hervor, dass beim Betrieb von Omnibussen eine Vielzahl von Straßenbelastungsbedingungen auftreten. Diese Straßenbelastungsbedingungen erfordern erhebliche Flexibilität bei der Beschreibung von Antriebssystemen für diese Fahrzeuge.
  • Für die Zwecke dieser Beschreibung werden die Kategorien (a) und (b) im Folgenden kollektiv als „Nicht-Transitbetrieb" bezeichnet, während die Kategorien (c) und (d) kollektiv als „Transitbetrieb" bezeichnet werden. Herkömmliche Omnibusse werden im Allgemeinen von relativ leistungsstarken Kompressionsentzündungsmotoren angetrieben. In einigen Fällen, typischerweise bei Nicht-Transitbetrieb, können Omnibusse auch mit batteriegespeisten Elektromotoren angetrieben werden.
  • Figure 00020001
    TABELLE 1 – Typische Parameter für Fahrzeugbetriebskategorien
  • Zu den Problemen und Nachteilen dieser Antriebselemente gehören bei Dieselmotoren hohe Geräuschpegel, Umweltverschmutzung und hoher Kraftstoffverbrauch, der beim Betrieb mit teilweiser Beladung oder im Leerlauf über längere Zeiträume entsteht. Omnibusse für den Transitbetrieb werden herkömmlicherweise mit Dieselmotoren mit einer Leistungsabgabe im Bereich von 140 bis 185 kW angetrieben, und typischerweise haben Motor und Getriebe eine kombinierte Masse von 500 bis 800 kg. Der Motor ist gewöhnlich mit einem automatischen Getriebe mit 4 oder 5 Gängen gekoppelt, wobei neuere Varianten einen Sperr-Drehmomentwandler in den zwei oberen Gängen umfassen. Ein halb beladener 12 Meter langer Omnibus, der 60 km/h fährt, hat ca. 1,8 MJ Energie, was 100 kW Dauerleistung für die Aufnahme bei einem relativ langsamen Halt von 18 Sekunden entspricht und 150 kW für eine gewöhnlichere Anhaltzeit von 12 Sekunden. Diese Energie, die andernfalls wiedergewonnen werden könnte, geht bei bisherigen Antriebssystemen einfach durch Reibungsbremsung und/oder Motorbremsung verloren. Die Gelegenheit zur potentiellen Wiedergewinnung von Energie, welche bei herkömmlichen Antriebssystemen normalerweise ebenfalls verloren geht, besteht außerdem auch bei Gefällefahrten.
  • Die beim Betrieb in dichtem Innenstadtverkehr durchschnittlich benötigte Energieleistung beträgt etwa 1,8 kW/t bzw. ca. 3 kW/t, wenn das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von mehr als 5 km/h fährt. Dieser Energieverbrauch für einen Bus voller Größe führt zu einem Leistungsbedarf von 25 kW bzw. 40 kW. Dieser liegt erheblich unterhalb des Höchstleistungsbedarfs, welcher für einen 15-Tonnen-Omnibus bei 150 kW liegt. Bremsverluste sind im Innenstadtbetrieb besonders signifikant, da der Bus oft bis zu vier Mal pro Kilometer anhalten muss. Außerdem treten im Zusammenhang mit dem Verbrauch von Dieselkraftstoff Lärm- und Abgasbelastungen auf, wie etwa die Entstehung von Ruß, der von einigen Gesundheitsbehörden als karzinogen eingestuft wird.
  • Beim Transitbetrieb besteht im Allgemeinen ein hohes Spitzen-:Durchschnittsenergie-Verhältnis, was üblicherweise dazu geführt hat, dass für solche Anwendungen ein Dieselmotor angegeben wurde, da diese Motorart bei allen Drehmomenten ein konstantes Kompressionsverhältnis und niedrige Pumpverluste vereinigt. Diese Merkmale des Kompressionsentzündungsmotors stehen im krassen Gegensatz zu Funkenzündungsmotoren, wo die Leistungsabgabe durch Drosselung des Flüssigkeitseinlaufs geregelt wird, wodurch der Verdichtungsdruck (und damit der maximale Verbrennungsdruck und der Wirkungsgrad des Verbrennungsprozesses) verringert wird, wobei außerdem höhere Pumpverluste entstehen.
  • Bei herkömmlichen Elektrofahrzeugen besteht ein bedeutendes Problem in der niedrigen Energiedichte von Standardbatterien, etwa von Bleibatterien, sowie in den relativ hohen Kapitalkosten von geeigneten Elektroniksystemen zur Durchführung von Regenerativbetrieb. Außerdem tritt eine verringerte Fahrzeugleistung auf, wenn die Batterie sich einem Niedrigstand nähert. Traktionsbatterien besitzen typischerweise eine Energiedichte von ca. 100 kJ/kg bei einer 3-stündigen Entladungsgeschwindigkeit, jedoch nur ca. 50 kJ/kg bei einer ½-stündigen Entladungsgeschwindigkeit. Herkömmlicherweise stellen die Batteriesätze in Elektrofahrzeugen bis zu 30% der Fahrzeugmasse.
  • Es ist extrem schwierig, mehr als 70% der kinetischen Fahrzeugenergie in einen Batteriesatz der oben genannten Masse zurückzuübertragen. Wenn ein Fahrzeug beispielsweise von 60 km/h für 10 bis 12 Sekunden abgebremst wird, müssten die Elektromaschine und das Elektroniksystem 50 W/kg an die Batterie liefern, und zwar mit einem Wirkungsgrad von vielleicht 80% für die elektrische Maschine und 85% für die Batterie, was einen Gesamtwirkungsgrad von 68% ergeben würde. Beim Abbremsen von höheren Geschwindigkeiten sind die Leistungswerte noch schlechter. Damit ist Elektroantrieb beim Stop-Start-Betrieb nicht wirklich geeignet. Außerdem muss die Elektromaschine eine ausreichend hohe Nennleistungsstärke haben, um in normalem Verkehr mithalten zu können, was Höchstleistungen von ca. 15 kW/t der Fahrzeugmasse erfordert. Beispielsweise hat ein Wechselstrommotor mit einer Nennleistung von 180 kW zum Antrieb eines Omnibusses große Verluste, wenn er die durchschnittliche Straßenleistung von 40 kW abgibt.
  • In der Literatur gibt es zahlreiche Beispiele von Hybridantriebssystemen für Fahrzeuge, wo ein Verbrennungsmotor und eine Elektromaschine, die als Motor arbeitet, als Antriebselemente benutzt werden. Im US Patent 5343970 (Severinsky) wird eine typische Hybridanordnung beschrieben, wo ein Wechselstrom-Induktionsmotor ein Fahrzeug bei niedrigen Geschwindigkeiten oder im Stadtverkehr antreibt, während ein interner Verbrennungsmotor das Fahrzeug auf Überlandfahrten antreibt. Die Elektromaschine wird von einem bidirektionalen Leistungswandler gespeist und kann beim Bremsen oder vom Motor aus auch als Generator zum Aufladen von Batterien betrieben werden. Beide Antriebselemente können das Fahrzeug bei der Beschleunigung oder bei Steigungsfahrten zusammen antreiben. Die Anordnung nach Severinsky ist ein Beispiel eines „parallelen Hybridsystems", wo die Antriebselemente jeweils Energie über ein gemeinsam genutztes Drehkraftgerät verfügbar machen, das unmittelbar mit einem Endantrieb des Fahrzeugs gekoppelt ist. Die Beschreibung enthält auch eine nützliche Übersicht über bisher bekannte Antriebssysteme. US Patent 5562566 (Yang) ist ein weiteres Beispiel eines Hybridantriebssystems dieses Typs.
  • US Patent 5318142 (Bates et al.) ist ein Beispiel eines „Serienhybridsystems", wo nur ein Antriebselement dem Endantrieb direkt Drehkraft zuführt. Ein weiteres Beispiel ist in US Patent 5515937 (Adler et al.) beschrieben, welches Einzelmotoren an jedem Rad im Endantrieb benutzt. Wie bei Severinsky dargelegt, begrenzen Kosten, Gewicht und Ineffizienz die Leistungsfähigkeit von Hybridantriebssystemen des Serientyps.
  • Es bestehen außerdem Hybridantriebssysteme, die untergeordnete Energiespeichersysteme verwenden, und zwar nicht die überall anzutreffende Kombination von Elektromaschine und Batterie, um die normalerweise beim Bremsen oder bei Gefällefahrten verlorene Energie zur Wiederverwendung bei der Beschleunigung und beim Fahren des Fahrzeugs wiederzugewinnen. US Patent 4441573 (Carmen et al.) beschreibt einen Motor und eine Hydraulikmaschine in einer parallelen Hybridanordnung, einschließlich eines internen Verbrennungsmotors und einer hydraulischen Verstellpumpe/Motorkombination, welche in einer Ausführungsform mit einem energiespaltenden Planetenradgetriebeaufbau an den Endantrieb gekoppelt ist. Die hydraulische Pumpe/Motorkombination wird von einer Serie von Hochdruck-Hydraulikakkumulatoren zur Speicherung von Fluidenergie gespeist, welche ihnen beim regenerativen Pumpen übertragen oder während des Antriebs der Hydraulikmotoren entzogen wird. Ein weiteres Beispiel dieser Konfiguration ist in US Patent 4813510 (Lexen) offengelegt, welches für Fahrzeuge des Start-Stop-Betriebs (Nicht-Transit), beispielsweise Innenstadtbusse, entwickelt wurde.
  • Carmen beobachtet ebenfalls, dass Schwungräder auch als untergeordnete Speichersysteme entweder als Ersatz für einen hydraulischen Akkumulator oder in Kombination damit benutzt werden können. Es wird dort jedoch nicht erläutert, wie letzterer praktisch eingesetzt werden könnte. Die Spezifikation 573 enthält ebenfalls eine nützliche Übersicht über den bisherigen Stand der Technik in Bezug auf Schwungräder und hydraulische Akkumulatoren im Bereich von Hybridantriebssystemen.
  • US Patent 4471668 (Elsner) beschreibt ein Hybridantriebssystem, das Antriebselemente in Form von einem internen Verbrennungsmotor, einem Schwungrad und hydrostatischen Elementen umfasst, die abwechselnd als Pumpe und als Motor arbeiten, wobei die Antriebselemente über einen Planetengetriebesatz an eine Antriebswelle gekoppelt sind. Obwohl in diesem System drei verschiedene Antriebselementtypen miteinander verbunden sind, umfasst es nur zwei Energiespeichervorrichtungen in Form des Schwungrads und eines Kraftstofftanks für den internen Verbrennungsmotor. Dieses Schriftstück beschreibt die Merkmale der Präambel der Ansprüche 1 und 23.
  • In US Patent 5492189 (Kriegler et al.) wird ein Hybridantriebssystem beschrieben, das einen internen Verbrennungsmotor umfasst, der in einem Konstantmodus arbeitet, und einen Antriebsmotor, der in einem Übergangsmodus arbeitet, die die Abgabewelle eines Planetengetriebezugs antreiben. Die beiden Übergangsmotoren können als hydraulische Maschinen oder als Elektromaschinen konfiguriert sein, wobei der Energiefluss zwischen den hydraulischen bzw. elektrischen Maschinen und einer zugeordneten Energiespeichervorrichtung durch einen geeigneten Steuerschalter gesteuert wird.
  • In ähnlicher Weise ist in US Patent 5495912 (Gray, Jr. et al.) ein Hybridantriebszug beschrieben, der einen kleinen internen Verbrennungsmotor umfasst, der an ein kontinuierlich veränderliches Getriebe (CVT) und/oder an eine hydraulische Maschine gekoppelt werden kann, deren Drehkraft reversibel ist, so dass sie entweder als Pumpe oder als Motor eingesetzt werden kann. Gray weist darauf hin, dass ein sekundärer Motor, beispielsweise ein weiterer interner Verbrennungsmotor, mit dem ersten Verbrennungsmotor gekuppelt werden kann, um zusätzliche Energie für wiederholte Beschleunigung oder lange, steile Strecken zur Verfügung zu stellen, wenn der hydraulische Akkumulator, der die hydraulische Maschine speist, leer ist. In einem weiteren Beispiel umfasst der zweite Motor eine weitere hydraulische Maschine, die der Kriegler-Anordnung weitgehend ähnelt.
  • Während aus der obigen Darlegung hervorgeht, dass Hybridantriebssysteme mit einer Kombination von Verbrennungsmotor und Elektromaschine/batterie oder einer Kombination von Verbrennungsmotor und Hydraulikmaschine/akkumulator und/oder Schwungrad bekannt sind, wird die Kombination von Elektromaschine und Hydraulikmaschinelakkumulator in der Praxis wesentlich seltener eingesetzt. Ein hydraulisches Antriebselement, das einen Stickstoff Öl-Akkumulator einsetzt, der mit 345 b arbeitet, weist eine Energiedichte von ca. 1,5 kJ/kg auf und gestattet eine relativ hohe Energieübertragungsgeschwindigkeit, sowohl zum als auch vom Akkumulator. Hohe Energiemengen erfordern jedoch große Hydraulikmaschinen, die herkömmlicherweise ausgekuppelt werden, wenn sie nicht für Antrieb oder Verlangsamung benötigt werden.
  • Ein hydraulisches Antriebselement, das eine hydrostatische Pumpe/Motorkombination und einen Akkumulator verwendet, verfügt auch über ein ausgezeichnetes Merkmal für regeneratives Bremsen, da die Drehkraft mit dem Druck im Akkumulator ansteigt, und daher hat das hydrostatische System bei Null-Geschwindigkeit, wenn der Akkumulator voll aufgeladen ist, maximale Drehkraftleistung. Öl-Stickstoff Akkumulatoren müssen jedoch relativ groß sein, und ein Druckverhältnis zwischen Höchst- und Mindestdruck von ca. 3 : 1 bedeutet, dass der Druck, wenn das Öl aus dem Akkumulator entleert wird, auf ein Drittel absinkt, was bedeutet, dass die Drehkraft und damit die Leistungsstärke der Hydrostatikmaschine bei Geschwindigkeit erheblich niedriger ist als bei seinem höchstmöglichen Betriebspunkt.
  • Ein großer 15-Tonnen-Omnibus könnte leicht mit einer 355 ccm Hydraulikmaschine ausgestattet werden, die eine Höchstantriebsleistung von 400 kW oder eine Drehkraft von 1950 Nm hat, wenn sie direkt mit dem Endantrieb verbunden ist. Die Drehkraft beträgt etwa das 2,5 fache der Maximaldrehkraft von Dieselmotoren mit entsprechender Leistung. Wenn die Maschine bei Nichtbetrieb nicht ausgekuppelt würde, wäre der Rücktrieb bei Null-Druckdifferential und Null-Ölfluss gleichwertig mit 9% Erhöhung des Rücktriebs des Omnibusses. Dieser Verlust ist nicht akzeptabel für einen Omnibus mit einem Elektro-Hydraulik-Hybridantriebsystem, der im Transitmodus über Mittelstrecken betrieben werden soll.
  • Eine weitere Einschränkung der Benutzung von Akkumulatoren ergibt sich aus dem hohen Energieverlust, wenn die Energie adiabatisch eingegeben wird mit einem polytropischen Index von bis zu 1,6 bei einer Schnellkompression in 15 Sekunden von 100 auf 345 b. Wenn ein Hybridantriebssystem sich bei der starken Beschleunigung von Nullgeschwindigkeit auf niedrige Geschwindigkeit vollständig auf eine volle Akkumulatorladung verlässt, erfordert der Druckabfall aufgrund der Gasabkühlung eine geringe Energiezugabe an Akkumulatoren mit Leistungsstufen der Größenordnung von 3 kW, wenn das Fahrzeug steht. Diese Energiezugabe sollte die normale Methode der Akkumulatorbenutzung in Hybridsystemen darstellen und ist bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen von höchster Bedeutung. Demzufolge ist die notwendige Energiezugabe wahrscheinlich ein wichtiger Faktor, warum sie gegenwärtig in elektrischen Hybridfahrzeugen nicht benutzt wird.
  • Die kinetische Energie bei 80 km/h, der normalen Höchstgeschwindigkeit für 12-Tonnen-Transitomnibusse, beträgt etwas 2,9 MJ. Diese kinetische Energie abzüglich der Rücktriebsenergie muss in Mengen von ca. 200 kW für die 10 Sekunden gespeichert werden, die für sehr rasches Anhalten notwendig sind, wenn volle Energieregenerierung gefordert wird. Die tatsächlichen Beschleunigungserfordernisse sind jedoch etwas geringer, da sie über 15 bis 20 Sekunden verteilt sind und eine sehr hohes Raddrehmoment im Geschwindigkeitsbereich von 30 km/h erfordern.
  • Ein Schwungrad ist ideal als Quelle und Verbraucher von Übergangsenergie, da kinetische Energie, in der oben genannten Größenordnung, in einem Stahlschwungrad gespeichert werden kann, das bei normalen Höchstdrehzahlen von Fahrzeugantriebssystemen arbeitet, typischerweise 5000 bis 6000 rpm. Die Benutzung eines Schwungrads über den Drehzahlbereich eines Busses erfordert jedoch normalerweise ein kontinuierlich veränderliches Getriebe. Im Allgemeinen ist das schwer zu erreichen, da die Drehzahlen von Schwungrad und Fahrzeug keineswegs übereinstimmen, denn das Schwungrad sollte auf Höchstdrehzahl sein, wenn das Fahrzeug stillsteht, und umgekehrt. Wenn Elektromaschinen verwendet werden, um ein kontinuierlich veränderliches Getriebe (CVT) herzustellen, d.h. wenn eine Elektromaschine mechanisch an das Schwungrad gekoppelt ist, wird eine andere Elektromaschine mechanisch an die Antriebswelle gekoppelt und beide Maschinen sind elektrisch verbunden, dann muss der mit der Antriebswelle verbundene Motor relativ groß sein, um das für einen Omnibus erforderliche hohe Drehmoment bei niedriger Geschwindigkeit zu erzeugen. Eine Wechselstrommaschine, wie etwa ein Induktionsmotor, ist typischerweise zur Energieversorgung des Schwungrads direkt gekoppelt. Obwohl die Wechselstrommaschine erheblich kleiner sein kann als der Hauptantriebsmotor, sind Induktionsmaschinen bei hohen Drehzahlen nicht sehr leistungsstark. Dementsprechend wird im Allgemeinen eine große, teure Wechselstrommaschine benötigt. Solche Maschinen haben bei hohen Frequenzen, wo die meiste kinetische Energie gespeichert ist, hohe Wirbelstrom- und Hystereseverluste.
  • Ein weiterer Typ der Hybridantriebssysteme sind solche, die drei oder mehr verschiedene Arten von Antriebselementen verwenden, um höchst variable Straßenverkehrsbedingungen zu berücksichtigen, während sie die Leistungsstärke zu maximieren versuchen. In der deutschen Patentschrift 3842632 (MAN Nutzfahrzeuge AG) wird ein System beschrieben, das einen internen Verbrennungsmotor und ein Paar hydraulische Motoren umfasst, die mit einem Planetengetriebe gekoppelt sind, zusammen mit einer Elektromaschine, die an ein Schwungrad gekuppelt ist. Die Elektromaschine kann als Motor betrieben werden, der von einem Batteriespeicher versorgt wird, und als Generator zum Aufladen der Batterie. Das beschriebene System verlässt sich auf die Batterie und (vermutlich) auf einen Kraftstofftank zur Energiespeicherung, doch es umfasst keine Fluidenergiespeichervorrichtung.
  • Die in der MAN-Patentschrift beschriebenen Antriebselemente sind mit einem sehr komplizierten Umlaufgetriebe verbunden, durch das jedes Element all seine Energie auf den Endantrieb überträgt. Diese Anordnung hat mehrere bauartbedingte Betriebsnachteile, unter anderen, dass relativ große hydraulische und elektrische Maschinen notwendig sind, um genügend Drehkraft zu erzeugen, inbesondere bei der Beschleunigung des Omnibusses. In einem Betriebsmodus treibt der Motor zunächst eine erste Hydraulikmaschine als Pumpe an, welche Energie (über den zwischenverbundenen Hydraulikkreis) an die zweite Maschine überträgt, welche als Motor zum Antrieb des Kurbelwellenstumpfes fungiert. Mit der Kupplung der ersten hydraulischen Maschine zwischen den verschiedenen Gängen im Getriebe sind erhebliche Verluste verbunden. Da der Motorbelastungsausgleich bei Dauerfahrt durch Laden und Entladen der Batterie erzielt wird, ist die Energieübertragung vom Motor höchstwahrscheinlich leistungsschwach, da die hydraulische Maschine nur 30% bis 50% der Gesamtenergie überträgt.
  • Hieraus ergibt sich, dass bestehende Hybridantriebssysteme eine Reihe von Nachteilen und Problemen beim Fahrzeug- und insbesondere beim Omnibusbetrieb aufweisen. Die große Vielfalt von Versuchen, diesen Problemen nach dem Stand der Technik abzuhelfen und die relative Seltenheit von solchen Systemen in kommerzieller Massenproduktion zeigen bereits an, dass bisher keine zufriedenstellende Lösung gefunden wurde.
  • ZIEL DER ERFINDUNG
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Hybridantriebssystem für ein Straßenfahrzeug anzubieten, das zumindest einige der nach dem bisherigen Stand bekannten Probleme beseitigt oder verbessert.
  • Es ist ein bevorzugtes Ziel der Erfindung, ein Hybridantriebssystem anzubieten, das für die Verwendung bei Omnibussen im Nicht-Transitbetrieb geeignet ist.
  • Es ist ein weiteres bevorzugtes Ziel der Erfindung, ein Hybridantriebssystem anzubieten, das für die Verwendung bei Omnibussen im Transitbetrieb geeignet ist.
  • Es ist noch ein weiteres bevorzugtes Ziel der Erfindung, ein Verfahren für die Steuerung des Hybridantriebssystems anzubieten, welches den Betriebswirkungsgrad jedes Antriebselementes im System zu maximieren sucht.
  • Weitere Ziele ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung besteht allgemein ausgedrückt in einem Hybridantriebssystem zur Verwendung im Fahrzeugbetrieb, bestehend aus:
    • (a) einem energiespaltenden mechanischen Getriebe zur Kopplung an einen Kurbelwellenstumpf des Fahrzeugs;
    • (b) einem ersten Antriebselement, das zum Regenerativbetrieb angeordnet und mit dem energiespaltenden mechanischen Getriebe gekoppelt ist;
    • (c) einem zweiten Antriebselement, das zum Regenerativbetrieb angeordnet und unabhängig vom ersten Antriebselement mit dem energiespaltenden mechanischen Getriebe gekoppelt ist;
    • (d) einem nicht regenerativen dritten Antriebselement zur Kopplung an den Kurbelwellenstumpf; und
    • (e) einer Antriebssteuervorrichtung zur Koordinierung des Betriebs der Antriebselemente in Übereinstimmung mit einer Vielzahl von vorgegebenen Modi, die einem Fahrzyklus des Fahrzeugs entsprechen; dadurch gekennzeichnet, dass das nicht regenerative dritte Antriebselement dauernd parallel mit dem energiespaltenden mechanischen Getriebe an den Kurbelwellenstumpf gekoppelt ist; und das erste, zweite und dritte Antriebselement jeweils einen unterschiedlichen Typus einer Energiespeichervorrichtung umfasst.
  • Vorzugsweise umfasst das energiespaltende mechanische Getriebe ein Umlaufgetriebe, das ein Tellerrad auf einer ersten Welle, ein Sonnenrad auf einer zweiten Welle und einen Planetenradträgeraufbau auf einer dritten Welle aufweist.
  • Wenn das Antriebssystem für den Fahrzeugbetrieb im Nicht-Transitverkehr konfiguriert ist, sollte
    • (a) ein Tellerrad des Umlaufgetriebes zur Kopplung an den Kurbelwellenstumpf angeordnet sein; und
    • (b) das erste Antriebselement mit einem Sonnenrad des Umlaufgetriebes gekoppelt sein;
    • (c) das zweite Antriebselement mit einem Planetenradträgeraufbau des Umlaufgetriebes gekoppelt sein; und
    • (d) das dritte Antriebselement über ein geschwindigkeitsänderndes Getriebe an den Kurbelwellenstumpf gekoppelt sein; wobei das Umlaufgetriebe dem Kurbelwellenstumpf Drehkraft liefert, um das Fahrzeug anzutreiben, oder vom Kurbelwellenstumpf Drehkraft empfängt, um das Fahrzeug zu verlangsamen.
  • Wenn das Antriebssystem für den Fahrzeugbetrieb im Nicht-Transitverkehr konfiguriert ist, sollte höchst bevorzugterweise:
    das erste Antriebselement eine Speichervorrichtung für elektrische Energie sowie eine zugeordnete Umwandlungsvorrichtung für elektrische Energie umfassen;
    das zweite Antriebselement eine Speichervorrichtung für Fluidenergie sowie eine zugeordnete Umwandlungsvorrichtung für Fluidenergie umfassen; und
    das dritte Antriebselement eine Speichervorrichtung für chemische Energie sowie einen zugeordneten Verbrennungsmotor umfassen.
  • Bevorzugterweise umfassen die vorgegebenen Betriebsmodi, die von der Antriebssteuervorrichtung koordiniert werden:
    • (i) einen Beschleunigungsmodus, wobei die Umwandlungsvorrichtung für Fluidenergie oder diejenige für elektrische Energie dem Kurbelwellenstumpf Energie zuführt, die nach Bedarf von Energie aus dem Verbrennungsmotor ergänzt wird;
    • (ii) einen Dauerfahrtmodus, wobei die Umwandlungsvorrichtung für elektrische Energie dem Kurbelwellenstumpf Energie zuführt, die nach Bedarf von Energie aus dem Verbrennungsmotor ergänzt wird;
    • (iii) einen Verlangsamungsmodus, bei dem die Umwandlungsvorrichtungen für Fluid- und für elektrische Energie regenerativ betrieben werden, um dem Kurbelwellenstumpf Energie zu entziehen und jeweils den Speichervorrichtungen für Fluidenergie bzw. elektrische Energie zuzuführen; und
    • (iv) einen Standmodus, wobei ein ausgewähltes Antriebselement der Speichervorrichtung für Fluidenergie und/oder für elektrische Energie nach Bedarf Energie zur Aufladung zuführt.
  • Wenn das Antriebssystem für Fahrzeugbetrieb im Transitverkehr konfiguriert ist, sollte:
    • (a) der Planetenradträgeraufbau des Umlaufgetriebes zur Kopplung an den Kurbelwellenstumpf angeordnet sein; und
    • (b) das erste Antriebselement mit dem Tellerrad des Umlaufgetriebes gekoppelt sein;
    • (c) das zweite Antriebselement mit dem Sonnenrad des Umlaufgetriebes gekoppelt sein; und
    • (d) das dritte Antriebselement über ein geschwindigkeitsänderndes Getriebe an den Kurbelwellenstumpf gekoppelt sein;
    wobei das Umlaufgetriebe dem Kurbelwellenstumpf entweder Drehkraft zum Antrieb des Fahrzeugs zuführt oder Drehkraft vom Kurbelwellenstumpf empfängt, um das Fahrzeug zu verlangsamen.
  • In einer Form, wenn das Antriebssystem für den Fahrzeugbetrieb im Transitverkehr konfiguriert ist,
    umfasst das erste Antriebselement eine Speichervorrichtung für Fluidenergie sowie eine zugeordnete Umwandlungsvorrichtung für Fluidenergie;
    das zweite Antriebselement eine Speichervorrichtung für mechanische Energie; und
    das dritte Antriebselement eine Speichervorrichtung für chemische Energie sowie einen zugeordneten Verbrennungsmotor.
  • Wenn nötig, wird ferner ein viertes, für Regenerativbetrieb angeordnetes Antriebselement vorgesehen, das mit dem Planetenradträgeraufbau gekoppelt ist und eine zweite Umwandlungsvorrichtung für Fluidenergie umfasst, die der Fluidenergiespeichervorrichtung zugeordnet ist.
  • In der ersten Form umfassen die von der Antriebssteuervorrichtung koordinierten, vorgegebenen Modi:
    • (i) einen Beschleunigungsmodus, wobei die Speichervorrichtung für mechanische Energie dem Kurbelwellenstumpf Energie zuführt, die von Energie gesteuert wird, die von der Umwandlungsvorrichtung für Fluidenergie entweder zugeführt oder entnommen und nach Bedarf von Energie aus dem Verbrennungsmotor ergänzt wird;
    • (ii) einen Dauerfahrtmodus, wobei der Verbrennungsmotor dem Kurbelwellenstumpf Energie zuführt, die nach Bedarf durch aus der Speichervorrichtung für mechanische Energie entnommene Energie ergänzt und von der Umwandlungsvorrichtung für Fluidenergie gesteuert wird;
    • (iii) einen Verlangsamungsmodus, bei dem die Umwandlungsvorrichtung für Fluidenergie zur Steuerung des Energierücklaufs vom Kurbelwellenstumpf betrieben wird, um den Speichervorrichtungen entweder für mechanische Energie oder für Fluidenergie Energie zuzuführen; und
    • (iv) einen Standmodus, wobei ein ausgewähltes Antriebselement (normalerweise der Verbrennungsmotor) der Speichervorrichtung für mechanische Energie oder derjenigen für Fluidenergie nach Bedarf Energie zur Aufladung zuführt.
  • In einer anderen Form, wenn das Antriebssystem für den Fahrzeugbetrieb im Transitverkehr konfiguriert ist,
    umfasst das erste Antriebselement eine Speichervorrichtung für elektrische Energie sowie eine zugeordnete Umwandlungsvorrichtung für elektrische Energie;
    das zweite Antriebselement eine Speichervorrichtung für mechanische Energie; und
    das dritte Antriebselement eine Speichervorrichtung für chemische Energie und einen zugeordneten Verbrennungsmotor.
  • Wenn nötig, wird ferner ein viertes Antriebselement mit dem Planetenradträgeraufbau gekoppelt, das eine zweite Umwandlungvorrichtung für elektrische Energie umfasst, die der Speichervorrichtung für elektrische Energie zugeordnet ist.
  • In einer weiteren Form umfassen die von der Antriebssteuervorrichtung koordinierten, vorgegebenen Modi:
    • (i) einen Beschleunigungsmodus, wobei die Speichervorrichtung für mechanische Energie dem Kurbelwellenstumpf Energie zuführt, die von Energie gesteuert wird, die von der Umwandlungsvorrichtung für elektrische Energie entweder zugeführt oder entnommen und nach Bedarf von Energie aus dem Verbrennungsmotor ergänzt wird;
    • (ii) einen Dauerfahrtmodus, wobei der Verbrennungsmotor dem Kurbelwellenstumpf Energie zuführt, die nach Bedarf durch aus der Speichervorrichtung für mechanische Energie entnommene Energie ergänzt und von der Umwandlungsvorrichtung für elektrische Energie gesteuert wird;
    • (iii) einen Verlangsamungsmodus, bei dem die Umwandlungsvorrichtung für elektrische Energie zur Steuerung des Energierücklaufs vom Kurbelwellenstumpf betrieben wird, um den Speichervorrichtungen entweder für mechanische Energie oder für elektrische Energie Energie zuzuführen; und
    • (iv) einen Standmodus, wobei ein ausgewähltes Antriebselement (normalerweise der Verbrennungsmotor) der Speichervorrichtung für mechanische Energie und/oder für elektrische Energie nach Bedarf Energie zur Aufladung zuführt.
  • Bevorzugterweise umfasst die Speichervorrichtung für Fluidenergie mindestens einen hydrostatischen Akkumulator, und die Umwandlungsvorrichtung für Fluidenergie mindestens eine hydrostatische Pumpe/Motorkombination und eine hydrostatische Hilfsmaschine, die mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt sind.
  • Bevorzugterweise umfasst die Speichervorrichtung für elektrische Energie einen Batteriesatz und/oder mindestens einen Superkondensator, während die Umwandlungsvorrichtung für elektrische Energie eine elektrische Rotationsmaschine und eine Hilfsrotationsmaschine umfasst, die mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt sind.
  • Bevorzugterweise umfasst die Umwandlungsvorrichtung für elektrische Energie außerdem einen Festkörper-Energiewandler, wie etwa eine Gleichstrom-Motorsteuerung oder einen Gleichstrom-Wechselstrom-Vierquadrantenwechselrichter.
  • Wenn nötig, kann die Umwandlungsvorrichtung für elektrische Energie außerdem eine mit dem Verbrennungsmotor gekoppelte elektrische Hilfsmaschine umfassen.
  • Bevorzugterweise umfasst die Speichervorrichtung für mechanische Energie eine Speichervorrichtung für kinetische Energie, einschließlich mindestens eines Schwungrades.
  • Bevorzugterweise umfasst die Speichervorrichtung für chemische Energie einen oder mehrere Flüssigkraftstofftanks und bevorzugterweise ist der Verbrennungsmotor ein interner Verbrennungsmotor mit Funken- oder Kompressionszündung.
  • Mindestens eine der drei Wellen des Umlaufgetriebes kann mit einer Bremsvorrichtung gekoppelt sein.
  • Geeigneterweise kann das geschwindigkeitsändernde Getriebe eine Kupplung und einen Drehmomentwandler umfassen.
  • Andernfalls kann das geschwindigkeitsändernde Getriebe ein automatisches Getriebe mit einem Drehmomentwandler umfassen.
  • Geeigneterweise sollte der Drehmomentwandler für das geschwindigkeitsändernde Getriebe ein Sperrwandler sein.
  • Bevorzugterweise umfasst die Antriebssteuervorrichtung einen Mikrosteuerschalter, der über Schnittstellen mit einer Serie von Statusmesswandlern und einer Serie von Steuervorrichtungen verbunden ist, welche bestimmten Bauteilen des Antriebssystems zugeordnet sind.
  • Bevorzugterweise umfasst der Mikrosteuerschalter eine Speichervorrichtung, in der von den den Antriebselementen jeweils zugeordneten Statusmesswandlern empfangene Signale gespeichert werden, die den jeweiligen Betriebszustand der Antriebselemente anzeigen, während die Speichervorrichtung auch die entsprechenden an die Steuervorrichtungen der Antriebselemente abgegebenen Befehlssignale speichert; wobei die gespeicherten Statussignaldaten und die gespeicherten Befehlssignaldaten zur bestimmenden oder zur adaptiven Steuerung des Hybridantriebssystems benutzt werden.
  • Die Erfindung besteht im Allgemeinen auch in einem Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebssystems für ein Fahrzeug, wobei das Antriebssystem mindestens zwei Antriebselemente umfasst, die zum Regenerativbetrieb angeordnet und unabhängig voneinander mit einem energiespaltenden mechanischen Getriebe gekoppelt sind, welches seinerseits mit einem nicht regenerativen dritten Antriebselement an einen Kurbelwellenstumpf des Fahrzeugs gekoppelt ist;
    dadurch gekennzeichnet, dass:
    das nicht regenerative, dritte Antriebselement dauerhaft parallel mit dem energiespaltenden mechanischen Getriebe an den Kurbelwellenstumpf gekoppelt ist; und
    die mindestens zwei Antriebselemente und das dritte Antriebselement jeweils Speichervorrichtungen für unterschiedliche Energiearten umfassen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bestimmung des gegenwärtigen Zustands des Antriebssystems durch Überwachung jedes Antriebselements, einschließlich der jeweiligen Betriebsgeschwindigkeiten und des Energiespeicherstandes;
    Empfang eines Aufforderungssignals, das die gewünschte Fahrzeugbewegung angibt; und
    wenn das Aufforderungssignal angibt, dass negativer Radantrieb zum Abbremsen des Fahrzeugs erwünscht ist:
    Betrieb eines der Rücklaufantriebselemente regenerativ in Übereinstimmung mit dem jetzigen Systemzustand; oder
    wenn das Aufforderungssignal anzeigt, dass positiver Radantrieb für Dauerfahrt oder Beschleunigung erwünscht ist:
    Betrieb eines oder mehrerer der Antriebselemente antreibend in Übereinstimmung mit dem jetzigen Systemzustand; oder
    wenn das Aufforderungssignal angibt, dass kein Radantrieb erwünscht ist, da das Fahrzeug still steht:
    Betrieb von ausgewählten Antriebselementen zum Aufladen der Energiespeichervorrichtungen, die den Rücklaufantriebselementen zugeordnet sind;
    dadurch gekennzeichnet, dass
    diese Schritte wiederholt ausgeführt werden, um das Antriebssystem zur Optimierung des Betriebs der mindestens zwei Antriebselemente und des dritten Antriebselements zu steuern, um einen erwünschten Systemzustand zu erzielen, der von dem Aufforderungssignal angegeben wird.
  • KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung werden bevorzugte Ausführungsbeispiele nun unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen erläutert:
  • 1A und 1B sind Kurven, die den Drehzahlverlauf eines Umlaufgetriebes eines für die erste bzw. zweite Form der Erfindung geeigneten mechanischen Getriebes anzeigen.
  • 2 ist ein Blockdiagramm eines Hybridantriebssystems eines Ausführungsbeispiels einer ersten Form der Erfindung, die für Omnibusse im Nicht-Transitbetrieb geeignet ist.
  • 3 ist eine Schemazeichnung eines Fluidenergieantriebselements für ein Hybridantriebssystem des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels.
  • 4 ist eine Schemazeichnung eines elektrischen Antriebselements für das erste Hybridantriebssystem.
  • 5A und 5B zeigen zusammen einen Ablaufplan eines Steueralgorithmus zur Verwendung mit Bezug auf das Hybridantriebssystem der ersten Form der Erfindung.
  • 6 ist ein Blockdiagramm eines Hybridantriebssystems eines Ausführungsbeispiels einer zweiten Form der Erfindung, die für Omnibusse im Transitbetrieb geeignet ist.
  • 7 ist eine Schemazeichnung eines Fluidenergieantriebselements für das erste Hybridantriebssystem.
  • 8 ist ein Diagramm eines Hybridantriebssystems eines zweiten Ausführungsbeispiels der zweiten Form der Erfindung.
  • 9 ist ein Diagramm eines Hybridantriebssystems eines dritten Ausführungsbeispiels der zweiten Form der Erfindung.
  • 10 ist ein Ablaufplan, der einen Teil eines Steueralgorithmus zeigt, der sich auf den Betrieb „Keine Aufforderung" zur Verwendung in einem Hybridantriebssystem der zweiten Form der Erfindung bezieht.
  • 11A und 11B sind Ablaufpläne, die Teile des Steueralgorithmus zeigen, der sich auf eine Antriebsaufforderung im Hybridantriebssystem bezieht.
  • 12 ist ein Ablaufplan, der einen Teil des Ablaufplans eines Steueralgorithmus zeigt, der sich auf die Bremsaufforderung im Hybridantriebssystem bezieht.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DER ERFINDUNG
  • In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugsnummern auf gleiche Teile. 1 zeigt einen Drehzahlplan für Antriebselemente des Antriebssystems der Erfindung, die mit einem Umlaufgetriebezug gekoppelt sind. Die in 1A dargestellte linke Betriebsebene (wenn die Sonnenwelle eines Umlaufgetriebezugs sich nach der gewählten Vorzeichenübereinkunft in negativer Richtung dreht) bezieht sich auf eine erste Form der Erfindung. Die in 1B dargestellte rechte Betriebsebene (wenn die Sonnenwelle eines Umlaufgetriebezugs sich nach der gewählten Vorzeichenübereinkunft in positiver Richtung dreht) bezieht sich auf eine zweite Form der Erfindung. Dieser Drehzahlplan wird nachstehend noch genauer mit Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele jeder Form der Erfindung erläutert.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel, das ein Beispiel eines Hybridantriebssystems ist, welches in Übereinstimmung mit einer ersten Form der Erfindung für Omnibusse im Nicht-Transitbetrieb konfiguriert ist, ist im Blockdiagramm in 2 dargestellt. Das Antriebssystem 100 ist besonders in einem relativ begrenzten Nahbereich geeignet, d.h. im Stadtverkehr, wo oft angehalten werden muss, und bei Schulbussen auch aufgrund der auf morgens und abends begrenzten Betriebsstunden. Das Antriebssystem umfasst drei disparate Energiespeichervorrichtungen, und zwar eine Speichervorrichtung für Fluidenergie in Form eines hydrostatischen Akkumulators 101, eine Speichervorrichtung für chemische Energie in Form eines Flüssigkraffstofftanks 102 sowie eine Speichervorrichtung für elektrische Energie in Form eines Batteriesatzes 103.
  • Der hydrostatische Akkumulator 101 befindet sich in einem Fluidhydraulikkreis mit einer Fluiddruckregelvorrichtung in Form von Verteilerblock und Ventilen 104, einer ersten Hydraulikmaschine in Form einer hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 105, einer Ölwanne oder einem Öltank 106 und einer zweiten hydraulischen Maschine, die eine hydrostatische Pumpe 107 ist. Die hydrostatische Pumpe/Motorkombination 105 ist an eine energiespaltende mechanische Getriebevorrichtung gekoppelt, in diesem Ausführungsbeispiel in Form eines Umlaufgetriebes 108 mit drei Wellen.
  • Der Batteriesatz 103 befindet sich in einem elektrischen Kreis mit einer Umwandlungsvorrichtung für elektrische Energie in Form einer Motorsteuereinheit 109, welche einer Elektromaschine in Form eines elektrischen Gleichstrommotors 110 Antriebsstrom liefert. Die Antriebswelle des Elektromotors 110 ist mit dem Umlaufgetriebe 108 und mit einer Bremsvorrichtung 111 gekoppelt.
  • Der Flüssigkraftstofftank 102 versorgt einen Verbrennungsmotor in Form eines internen Verbrennungsmotors mit Funkenzündung 113 über eine Motorsteuervorrichtung in Form einer Drosseleinheit 112 mit Kraftstoff wie etwa Benzin oder Flüssiggas (LPG). Andere Ausführungsbeispiele könnten Dieselkraftstoff verwenden, wenn ein leistungsstarker Turbo-Kompressormotor mit Kompressionszündung angegeben ist. Der interne Verbrennungsmotor 113 ist über ein geschwindigkeitsänderndes Getriebe 114, vorzugsweise ein Automatikgetriebe, mit einem Kurbelwellenstumpf 115 verbunden. In anderen Ausführungsbeispiele können anstelle des Automatikgetriebes eine Kupplung und ein Drehmomentwandler vorgesehen werden. Die hydrostatische Pumpe 107 ist vorzugsweise mit einem ersten Sammelgetriebe 116 zwischen dem internen Verbrennungsmotor 113 und dem Automatikgetriebe 114 gekoppelt.
  • Vorzugsweise ist die hydrostatische Pumpe/Motorkombination 105 mit einem Planetenradträger 117 des Umlaufgetriebes 108 und der Elektromotor 110 mit einem Sonnenrad 118 des Umlaufgetriebes 108 gekoppelt, während das Tellerrad 119 über ein zweites Sammelgetriebe 120 mit dem Kurbelwellenstumpf 115 gekoppelt ist. Entsprechend ist die Abgabewelle des Umlaufgetriebes parallel mit dem Kurbelwellenstumpf 115 durch das zweite Sammelgetriebe 120 verbunden. Der Kurbelwellenstumpf kann seinerseits mit einem Endantriebsaufbau 121 eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Omnibusses, gekoppelt sein.
  • Es bietet sich daher geeigneterweise an, das Hybridantriebssystem, wenn es in Übereinstimmung mit einer ersten Form der Erfindung konfiguriert ist, als vorzugsweise mit drei Antriebselementen ausgestattet zu betrachten, und zwar:
    • (A) ein Fluidantriebselement, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel die hydrostatische Pumpe/Motorkombination 105 umfasst, den Verteilerblock mit Ventilen 104 und den zugeordneten Akkumulator 101;
    • (B) ein elektrisches Antriebselement, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel den Elektromotor 110, die Motorsteuereinheit 109 und den Batteriesatz 103 umfasst; sowie
    • (C) ein Verbrennungsantriebselement, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel den internen Verbrennungsmotor 113, die Motordrosseleinheit 112 und den Flüssigkraftstofftank 102 umfasst. Jedes der Antriebselemente ist mechanisch mit dem Endantrieb 121 zum Antrieb des Omnibusses gekoppelt; vorzugsweise sind der Elektromotor 110 und die hydrostatische Pumpe/Motorkombination 105 selektiv mit jeweiligen Wellen des mit drei Wellen versehenen Umlaufgetriebes 108 gekoppelt. Eine dritte Welle des Umlaufgetriebes, nominal die Abgabewelle, ist parallel mit dem Verbrennungsantriebselement und dem Automatikgetriebe 114 an den Kurbelwellenstumpf 115 gekoppelt.
  • Im ersten Ausführungsbeispiel sind das Fluidenergie- und das Elektroantriebselement die primären Antriebselemente und sind zum regenerativen Betrieb angeordnet. Dagegen spielt das Verbrennungsantriebselement eine sekundäre Rolle und wird nicht regenerativ betrieben. Ein besonders bevorzugtes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Minimierung von Verlusten im Hybridantriebssystem. Dieses Ziel kann erreicht werden, indem die Antriebselemente, insbesondere die primären Antriebselemente, dann eingesetzt werden, wenn sie über den gesamten Geschwindigkeits- und Drehkraftbereich am leistungsstärksten sind. Dies wird teilweise erzielt durch die Angabe der Antriebselemente, der Wellen des Umlaufgetriebes, mit denen sie verbunden sind, und teilweise durch die Antriebssteuervorrichtung, einschließlich einer Mikroprozessorsteuereinheit oder eines Mikrosteuerschalters 122 mit dem zugeordneten Speicherbauteil 123 in dem Ausführungsbeispiel, wo die Steuervorrichtung über Schnittstellen mit Statusmesswandler und Steuerschalter verbunden ist, die jedem der Antriebselemente zugeordnet sind. Die Antriebssteuervorrichtung wird nachstehend noch näher beschrieben. Die Aufforderung des Fahrzeugführers nach entweder positiver Energie (Antrieb) oder negativer Energie (Bremsen) wird durch das Messwandlersignal DO dargestellt, das dem Mikrosteuerschalter 122 in 2 zugeleitet wird.
  • Es ist außerdem zu bevorzugen, dass die Antriebselemente in Modulbauweise angeordnet werden, so dass sie praktisch installiert und später vielleicht wieder aus dem Hybridantriebssystem entfernt werden können, beispielsweise zum Zweck der Wartung, Neukonfiguration oder Leistungsverbesserung. Jedes Modul hat die geeignete Größe, die entsprechenden Leistungs- und Energiewerte bei minimalem Energieverlust über einen typischen Antriebszyklus zu erzeugen, die aus einer Reihe von Parametern bestimmt werden, einschließlich:
    • (1) der Durchschnittsgeschwindigkeit auf den Strecken im Fahrtzyklus;
    • (2) der durchschnittlichen Anzahl von Halten pro Kilometer;
    • (3) der Standardabweichung von Länge und Gradient von Steigungen auf den Strecken;
    • (4) der zulässigen Höchstgeschwindigkeit des Busses;
    • (5) der Anzahl der täglichen Betriebsstunden;
    • (6) des Vorhandenseins der notwendigen Infrastruktur für Aufladegelegenheiten im Fahrtzyklus; und
    • (7) der Anzahl von Fahrgästen (auf Sitz- und Stehplätzen), die in einem Omnibus einer bestimmten Größe befördert werden sollen.
  • Im Falle des Fluidenergieantriebselements empfängt der Mikrosteuerschalter 122 ein Signal, das den Druck PA im hydrostatischen Akkumulator 101 anzeigt, und er gibt Steuersignale, wie etwa Taumelscheibenwinkel AS und Ventileinstellungen PV an den Verteilerblock der hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 105 und die Ventile 104 im Hydraulikkreis. Eine typische Kreisanordnung für das Fluidenergieantriebselement ist in 3 dargestellt. Die hydrostatische Pumpe/Motorkombination 105 ist eine Verstellmaschine mit 180 ccm, deren Verdrängung mit Hilfe einer Taumelscheibe verstellt werden kann. Ein geeignete Hydraulikmaschine ist beispielsweise ein A4VSO mit 180 ccm, hergestellt von Rexroth, die eine Nennleistung von 190 kW mit einer maximalen Drehkraft von 1000 Nm hat. Die A4VSO-Maschine kann in einem offenen Kreis betrieben werden, da sie keinen Initialdruck benötigt, um Flüssigkeit aus einer ersten Ölwanne 106b anzusaugen. Beim Antrieb liefert die Hydraulikmaschine dem Planetenradträger 117 des Umlaufgetriebes 108 (siehe 2) Drehkraft. Beim Pumpen empfängt sie Drehkraft vom Getriebe, welche entweder beim Verlangsamen des Omnibusses vom Endantrieb stammt oder vom Elektromotor 110, wenn der Omnibus steht. In letzterem Fall werden die Radbremsen des Omnibusses betätigt, um eine Reaktionsdrehkraft auf das Tellerrad 119 des Umlaufgetriebes 108 zu ermöglichen. Der Planetenradträger 117 kann dann durch die vom Elektromotor 110 über das Sonnenrad 118 gelieferte Drehkraft angetrieben werden.
  • Der Akkumulator 101 kann auch sehr wirksam über eine kleine hydrostatische Konstanthilfspumpe 107a aufgeladen werden, beispielsweise Modell A2FO mit 16 ccm, ebenfalls von Rexroth hergestellt, die vom Verbrennungsmotor 113 angetrieben wird. Die kleine hydrostatische Pumpe 107a entnimmt Flüssigkeit von einer zweiten Ölwanne 106a, und sie kann durch das Solenoidventil 104b kurzgeschlossen werden, wenn sie nicht benötigt wird. Eine sehr kleine Zahnradpumpe 107b ist mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt, um den für die Steuerung des Taumelscheibenwinkels notwendigen niedrigen Fluss zu erzeugen. Der Druckabfall über der Zahnradpumpe 107b wird mit einem Niedrigdruckreglerventil 124a auf ca. 20 b reguliert. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Zahnradpumpe durch einen kleinen Hilfsakkumulator ersetzt werden, der vom Hauptakkumulator über ein druckgesteuertes Solenoidventil versorgt wird, das den Kontrolldruck auf zwischen 20 und 30 b hält.
  • Die Pumpe/Motorkombination 105 steht über das Solenoidventil 104a in Fluidverbindung mit dem hydrostatischen Akkumulator 101, der zwei Zylinder umfasst, die in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Druckverhältnis von 2 : 1 arbeiten. Obzwar dieses Druckverhältnis nicht so viel Energie liefert, wie ein höheres Verhältnis (wie etwa 3,45 : 1) bei einer Entladung unmittelbar nach einer vollen Ladung, so erzeugt es doch höhere durchschnittliche Drehkraftwerte im Motor. Es führt außerdem aufgrund des geringeren Temperaturanstiegs des Stickstoffs während der Kompression zu einem niedrigeren prozentualen Druckverlust nach einer Ladung. Der Druckabfall über der hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 105 ist durch das Hochdruckreglerventil 124b auf 345b begrenzt. Auf der nachgeschalteten Seite des Akkumulators 101 befindet sich außerdem ein Rückschlagventil 125, welches die Entladung des Hochdruckanteils des Hydraulikkreises verhindert, wenn das Sicherheitsventil 104b geöffnet ist.
  • Der primäre Akkumulator 101a ist beispielsweise vom Öl-Stickstoff Typ mit einer Kapazität von 50 l, während eine sekundäre Akkumulatorstufe 101b mit 20 l (ca. halb so groß wie der Primärakkumulator) ohne Öl verwendet wird und auf der Gasseite des primären Akkumulators 101a angeschlossen ist. Diese stufenweise Konfiguration hat mehrere Vorteile. Zum einen ist sie wirtschaftlicher, da der sekundäre Empfänger keinen Sacktank benötigt, um das Öl vom Stickstoff zu trennen, und zum zweiten kann der kleinere Sekundärempfänger ein Wärmeübertragungsmedium enthalten, wie etwa Edelstahlwolle oder Siebblech, um wirksam zusätzliche Wärmekapazität zum Gas hinzuzufügen, was dazu führt, dass die Wärmeenergie mit höherer Geschwindigkeit übertragen wird, was den Temperaturanstieg bei der Kompression ebenso wie den Temperaturabfall bei der Expansion verringert. Der normalerweise auftretende Druckverlust wird reduziert, wenn der Bus steht, denn die Wärmeenergie wird im Wärmeübertragungsmedium gespeichert, statt in die Umwelt verloren zu gehen. Diese Energie wird bei der Expansion des Gases wiedergewonnen, was ohne das Wärmespeichermedium nicht möglich ist. Außerdem kann die Pumpe 107a Kraftstoff (und damit Energie) ausnutzen, der normalerweise beim Leerlauf des Verbrennungsmotors 113 verschwendet wird, um einen Teil oder das gesamte Öl zu liefern, um den Druck im Akkumulator aufrecht zu erhalten.
  • In anderen Ausführungsbeispielen kann eine dritte, Wärmeübertragungsmedium enthaltende Akkumulatorstufe „nur für Stickstoff" nach dem sekundären Akkumulator 101b angeschlossen werden. Damit kann das im sekundären Akkumulator (d.h. zum und vom dritten Akkumulator) am Medium vorbei fließende Gas eine höhere Wärmeübertragungsfähigkeit haben, womit der Energieverlust weiter verringert wird.
  • Es kann höhere Räderuntersetzung verwendet werden, indem das Untersetzungsverhältnis vom Tellerrad 119 zum Kurbelwellenstumpf 115 beispielsweise durch ein zweites Sammelgetriebe 120 erhöht wird. Um eine obere Drehzahlbegrenzung am Elektromotor 110 aufrecht zu erhalten, müsste Energie von der kleinen hydrostatischen Pumpe 107a (gekoppelt mit dem Verbrennungsmotor 113) zur hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 105 (gekoppelt mit dem Planetenradträger 117) übertragen werden. Ein Mindestdrehzahlverhältnis von 0,09 : 1 (16 : 180), bestimmt durch die relative Verdrängung der beiden hydrostatischen Maschinen, ist möglich. Außerdem könnte das Untersetzungsverhältnis bei einem verringerten Taumelscheibenwinkel zwei oder dreimal so hoch sein.
  • 4 zeigt die Elemente eines herkömmlichen elektrischen Antriebselements, das zur Verwendung mit einem Hybridantriebssystem der ersten Form der Erfindung, wie in 2 dargestellt, geeignet ist. Der Gleichstrommotor 110 umfasst eine Armatur 110a und eine Feldwicklung 110f, die durch einen Armatursteuerschalter 109a bzw. einen Feldsteuerschalter 109f versorgt werden. Stromdioden 126 und 127 sind im Armaturenkreis vorgesehen, und eine weitere Stromdiode 128 ist Teil des Feldkreises. Die Steuerschalter können Festkörperteile enthalten, wie etwa siliziumgesteuerte Gleichrichter (SCR) und ähnliche, die praktischerweise über Schnittstellen mit dem Mikrosteuerschalter 122 verbunden werden können. Der Mikrosteuerschalter überwacht den Zustand des elektrischen Antriebselements über Messwandler für Motordrehzahl SM und für Batteriestrom IB. Die mechanische Bremse 111 auf dem Motorwellenzapfen wird ebenfalls durch ein Steuersignal PB betätigt. Ein Beispiel einer geeigneten elektrischen Rotationsmaschine ist ein Modell N180L, hergestellt von Nelco, mit einer Nennleistung von 40 kW bei 3500 rpm. Der Mikrosteuerschalter 122 steuert den Armaturenstrom IA und den Feldstrom IF, um die erforderliche Drehkraft an der Welle des Sonnenrades 118 über einen breiten Bereich von Motordrehzahlen SM wirksam zu erzeugen. Steuerkreise für Traktionsmotoren 110 mit Batterieantrieb 103 dieser Art können von normal ausgebildeten Fachleuten entworfen werden und werden daher nicht in Einzelheiten erläutert.
  • Beim normalen Betrieb wird der Elektromotor 110 nicht zur Beschleunigung des Omnibusses unter ca. 50 km/h benutzt. Darum kann der Motor für einen kleineren Multiplikationswert der für das Fahrzeug benötigten Dauerfahrtenergie bemessen werden, beispielsweise einen Faktor zwei (2) statt eines Faktors fünf (5), wie bei einem Bus mit herkömmlichem (nicht-hybridem) Elektroantrieb. In dem Ausführungsbeispiel, wo das Verbrennungsantriebselement weggelassen wurde, kann ein Faktor von drei (3) mal der Dauerfahrtenergie erforderlich sein. Ein typisches Gleichstromsystem würde einen Batteriesatz mit einer Spannung von zwischen 144 und 168 Volt verwenden und eine Masse von ca. 16–20% der Gesamtfahrzeugmasse des Busses darstellen. Der Batteriesatz umfasst bevorzugterweise wenig wartungsbedürftige, ventilregulierte Blei-Säure-Batterien, entweder vom Gel-Elektrolyt- oder vom Mikroglasvliestyp (AGM), die in teilweise aufgeladenem Zustand betrieben werden. Ein Motorstrom von 250 Ampere liefert die Nennleistung, obwohl kurze Übergangsphasen von bis zu 500 Ampere möglich sein können. In anderen Ausführungsbeispielen können elektrostatische, statt elektrochemischer Energiespeichervorrichtungen vorgesehen werden, wie etwa ein oder mehrere Superkondensatoren.
  • Regenerierung in die Batterie erfolgt allgemein bei Omnibusgeschwindigkeiten von mehr als 45 km/h beim Abbremsen, gleichgültig ob das Fahrzeug zum Stillstand kommt oder bei einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit bergab fährt. Der Motorsteuerschalter 109 begrenzt sowohl die Spannung als auch den maximalen Armaturenstrom IA und reguliert ferner den Batteriestrom IB über den Feldstrom, um das gewünschte Niveau von Hochgeschwindigkeitsregenerierung in die Batterie 103 zu erzielen. Daher sind ein relativ einfacher Motorsteuerschalter 109 und eine mittlere Batteriespannung von 140 bis 160 Volt für diesen Zweck geeignet. Als Betriebsspannung wird ca. halb so viel benötigt wie für ein typisches 3-Phasen-Inverterantriebselement mit Wechselstrom, was zu größerer Flexibilität bei der Batterieauswahl führt. Ein Gleichstromantriebselement ist daher zu bevorzugen, denn es ist kostengünstiger und hat weniger Energieverluste, wenn es wie oben beschrieben verwendet wird, obwohl das System auch mit einem Wechselstromantrieb statt des Gleichstromsteuerschalters 109 und Motors 110 benutzt werden kann.
  • Als internen Verbrennungsmotor 113 wird in dem Ausführungsbeispiel ein 2-1-Motor mit Funkenzündung benutzt, beispielsweise ein Motor mit 4 horizontal gegenüber angeordneten Zylindern, der ca. 90 kW liefert, hergestellt von Fuji Heavy Industries (Subaru). Flüssiger Kraftstoff, wie etwa Benzin und/oder Flüssiggas (LPG) wird in Tank(s) 102 gespeichert und dem Motor durch die Drosseleinheit 112 nach Steuerung durch den Mikrosteuerschalter 122, der die Drosselöffnung OT anpasst, zugeführt. Der Mikrosteuerschalter überwacht auch den Verteilerdruck PM des Motors, da dieser Wert die Motordrehkraft anzeigt. Diese Motoren können auch einen Lokalprozessor zur Betriebsoptimierung in einem bestimmten Bereich von Energiebedarf, Umgebungs- und Belastungsbedingungen umfassen, unter Bezugnahme auf eine multidimensionale „Karte" von bekannten Motorleistungsfähigkeiten. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Motor ein Einspritzungsmotor sein und/oder mechanische oder Turbo-Kompressorelemente umfassen.
  • Auf dem umfangreichen Automobilmarkt befinden sich zahlreiche Typen von Motoren mit fortschrittlicher Funkenzündung. Im Allgemeinen wurden diese Motoren optimal entwickelt, um wenig Umweltbelastung zu erzeugen, und sie sind erheblich leiser und leichter als die großen Dieselmotoren, die herkömmlicherweise für Omnibusse verwendet werden. Obwohl sie leichter gebaut sind und im Allgemeinen bei höheren Geschwindigkeiten eingesetzt werden, können solche Motoren beim Betrieb mit LPG zwischen Überholungen im Taxidienst bis zu 20.000 Betriebsstunden bieten. Ihr maximaler Wärmewirkungsgrad liegt jedoch bei 30–32%, gegenüber 38–42% für Turbo-Kompressionsdieselmotoren mit Zwischenkühler. Wenn Energiespeichervorrichtungen verfügbar sind – wie im Falle des vorliegenden Hybridantriebssystems – und der Funkenzündungsmotor bei hohen absoluten Verteilerdruckwerten und bei Mindestgeschwindigkeiten betrieben wird, wird der niedrige Wärmewirkungsgrad durch die relative Verbesserung der Gesamtfahrzeugleistung aufgrund der leichteren Masse, niedrigeren Kapitalkosten, niedriger Luftverschmutzung und Lärmbelastung und größerer Flexibilität im Hinblick auf Kraftstofftyp ausgeglichen.
  • In einem zweiten Ausführungsbeispiel eines in Übereinstimmung mit der ersten Form der Erfindung konfigurierten Antriebssystem können eine Kupplung und ein Drehmomentwandler anstatt des Automatikgetriebes 114 des ersten Ausführungsbeispiels verwendet werden, während eine mechanische Bremse (ähnlich wie Bremse 111 am Elektromotor) mit der hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 105 gekoppelt werden kann, um den Leckverlust bei Nulldrehzahl der Pumpe zu reduzieren.
  • Die Drehzahlkarte von 1A zeigt die Drehzahlverhältnisse der drei Wellen des Umlaufgetriebes 108 und demzufolge der Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen von Fahrzeug, hydrostatischer Pumpe/Motorkombination und Elektromotor. Der Kurbelwellenstumpf 115 wird vom Tellerrad 119 aus über eine Untersetzung 120 von 1,3 : 1 in dieser Darstellung angetrieben. Die Elektromaschine 110 (Höchstdrehzahl von 6000 rpm) ist unmittelbar mit dem Sonnenrad 118 verbunden und die hydrostatische Pumpe/Motorkombination 105 (Höchstdrehzahl von 2.200 rpm) mit dem Träger 117 des Umlaufgetriebesatzes. Das Drehkraftverhältnis zwischen den drei Wellen des Umlaufgetriebes 108, das ein Drehzahlverhältnis von dem Sonnenrad 118 zum Tellerrad 119 von –1,92 hat, wenn die Drehzahl des Trägers 117 Null ist.
  • Um eine Spitzenbeschleunigung von 2,3 m/s2 für einen Omnibus mit beispielsweise einer Bruttofahrzeugmasse (BFM) von 6 Tonnen, einem Reifenradius von 0,4 m und einem Verhältnis von Endantrieb 121 zu Differentialgetriebe von 5,625 zu erzielen, ist ein Drehmoment des Kurbelwellenstumpfes von 920 Nm erforderlich. Das entspricht einer maximalen Drehkraft der hydrastatischen Pumpe/Motorkombination von 1179 Nm. Wenn Energie von sowohl der Elektro- als auch der Hydrostatikmaschine (bei voller Verdrängung) verwendet werden sollte, so wäre an der Sonnenradwelle ein elektrisches Drehmoment von 458 Nm erforderlich, und die Hälfte dieses Werts (229 Nm), wenn der Akkumulator geleert würde. Diese Situation tritt auf, wenn ein Druckverhältnis von 2,0 zwischen Höchst- und Mindestdruck verwendet wird.
  • Die optimale Nennleistung des Elektromotors ist ca. 40 kW, und ein Kurzschlussdrehmoment von 220 Nm ist geeignet bei einer Eckdrehzahl von ca. 3,500 rpm. Die mechanische Bremse 111, die eine Drehkraftnennleistung von mindestens 500 Nm hat, ist mit einer Durchgangswelle der Elektromaschine 110 verbunden, was die Ausnutzung der Drehkraft der hydrostatischen Maschine bei Null-Drehzahl gestattet.
  • Nun werden die Betriebsmodi des Hybridantriebssystems der Erfindung unter Bezugnahme auf 1A beschrieben.
  • (i) Beschleunigungsmodus
  • Es wird davon ausgegangen, dass der Akkumulator 101 voll aufgeladen und die Bremse 111 an der Elektromaschine 110 ursprünglich angezogen ist und dass das Fahrzeug steht. Die mechanischen Bremsen (nicht abgebildet) des Fahrzeugs werden dann gelöst und das Solenoidventil 104a des Akkumulators wird geöffnet. Wenn der Akkumulatordruck PA über die hydrostatische Pumpe 107 aufrechterhalten wurde, wird das Solenoid offen sein und die Bremse 111 an der Elektromaschine nach der Lösung der Fahrzeugbremsen betätigt.
  • Der Omnibus wird von der hydrostatischen Maschine 105 beschleunigt, die als Motor arbeitet, bis der Akkumulator 101 fast leer ist (siehe Linie A-B in 1A). Der Druck PA wird vom Mikrosteuerschalter 122 mit Statussignalen überwacht, die von einem Druckmesswandler (nicht abgebildet) geliefert werden. Wenn sich das Maximaldrehmoment des hydrostatischen Motors aufgrund des Druckabfalls im Stickstoff verringert, wird die elektrische Maschine mit Energie versorgt. Zuerst wird der Feldstrom IF auf die Maschine angewendet und dann der Armaturenstrom IA. Die Bremse 111 auf der elektrischen Maschine 110 wird gelöst, was die Drehzahl des hydrostatischen Motors verringert und den Elektromotor beschleunigt, während aufgrund der geringen, aber bedeutsamen Trägheitsreaktion der mit der Trägerwelle 117 verbundenen Elemente weiterhin Drehkraft auf den Kurbelwellenstumpf 115 ausgeübt wird. Daraus ergibt sich eine erhebliche Erhöhung der Drehzahl des Elektromotors, was zum effizientesten Betriebsleistungsbereich führt (Linie B-C in 1A).
  • Der Verbrennungsmotor wird normalerweise nicht zur Beschleunigung des Busses benutzt und kann oberhalb von ca. 45 km/h eingesetzt werden, falls erforderlich. Für höhere Beschleunigungen oder Anfahrt an steilen Steigungen kann der Verbrennungsmotor bei allen Geschwindigkeiten eingesetzt werden, falls das Automatikgetriebe vorhanden ist. Bei einem Ausführungsbeispiel, das eine Kupplung unter den obigen Bedingungen umfasst, treibt der Verbrennungsmotor die Pumpe 107 an, um Energie auf den hydrostatischen Motor 105 zu übertragen.
  • (ii) Dauerfahrtmodus
  • Bei Dauerfahrtgeschwindigkeit wird das Fahrzeug wie ein normaler elektrischer Omnibus betrieben und das ist auf ebenem Gelände vollkommen zufriedenstellend, da dem Kurbelwellenstumpf 115 eine Dauerenergie von 40 kW zugeführt werden kann, wobei höhere Leistungsstufen bei Motorüberlastung aufgrund von kleineren Steigungen verfügbar sind. Der Elektromotor 110 wird vorwiegend dann für die Dauerfahrt benutzt, solange der Batteriesatz 103 eine mittlere bis hohe Aufladung hat. Wenn der Aufladungszustand fällt, kann der Verbrennungsmotor 113 sowohl bei Dauerfahrt als auch bei Steigungen vor dem Batteriesatz bevorzugt werden, je nach der Entfernung, die noch am Tag zurückzulegen ist oder bevor die nächste Batterieladestation angefahren werden kann.
  • Der Batteriesatz 103 und der hydrostatische Akkumulator 101 in der ersten Form der Erfindung sind bevorzugterweise für den Betrieb auf ebenem Gelände optimiert, um Dauerfahrtenergie (d.h. Fahren bei ca. 45 bis 80 km/h) bzw. Beschleunigungsenergie zu liefern. Beim Betrieb in hügeligem Gelände könnte der Batteriesatz 103 jedoch sowohl für Steigung als auch für Dauerfahrt optimiert werden. In beiden Fällen bietet der Verbrennungsmotor eine Energiereserve, wobei ein bedeutender Anteil der für einen Fahrtzyklus erforderlichen Gesamtenergie vorzugsweise zwischen oder während den Fahrtzyklen aus dem Elektrizitätsnetz entnommen wird. Beispielsweise könnte der Batteriesatz 10-minütige Aufladungen von mittlerem Strom, d.h. 3,3 kWh von einem Auflader mit einer 20 kW Kapazität, aufnehmen, was bei einem großen 10–12 Meter (12 bis 15 Tonnen schweren) langen Bus einer Reichweite von 3 bis 4 km entspricht, oder 6 bis 8 km bei einem 6–7 Meter langen (6 bis 7 Tonnen schweren) Omnibus.
  • (iii) Verlangsamungsmodus
  • Bei Gefällefahrten mit Fahrzeuggeschwindigkeiten von mehr als 45 km/h kann die von der Batterieladefunktion des elektrischen Antriebselements absorbierte Energie die einer Verlangsamung von 0,5 ms2 entsprechende Drehkraft liefern. In diesem Fall wird die elektrische Maschine 110 als Generator betrieben, um den Aufladezustand des Batteriesatzes 103 zu ergänzen.
  • Für eine normale Verlangsamung des Fahrzeugs stellt der Mikrosteuerschalter 122 sowohl den Feldstrom IF als auch den Winkel der Taumelscheibe AS so ein, dass eine Trajektorie wie etwa Linie D-E (siehe 1A) abwärts zu einer Elektromotordrehzahl von 3000 rpm erzeugt wird. An diesem Punkt kann der Elektromotor keine signifikante Drehkraft mehr erzeugen, so dass die Verdrängung der Pumpe 105 erhöht wird. Das reduziert die Drehzahl des Elektromotors rapide auf Null (Punkt F in 1A). Ab diesem Punkt steuert die hydrostatische Maschine 105 die Drehkraft an den Kurbelwellenstumpf 115 nach dem Betätigen der Bremsen 111 des Elektromotors 110. Die Regenerierung nach unten auf Null-Busgeschwindigkeit (Linie F-A) ist somit möglich und erzeugt genügend Drehkraft, um im Allgemeinen ein minimales Anziehen der Fahrzeugradbremsen zu erfordern.
  • Es ist zu vermerken, dass eine Bremse an der hydrostatischen Maschine optional ist, da der Taumelscheibenwinkel der hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 105 auf einen Höchstwert (Pumpen) eingestellt werden kann, wo der Motorstrom positiv und das Akkumulatorventil 104a geschlossen ist. Diese Einstellungen sperren die Trägerwelle 117 wirksam. Für elektrische Regenerierung wird der Taumelscheibenwinkel umgekehrt und das Akkumulatorventil 104a geschlossen, um die Trägerwelle wieder zu sperren.
  • (iv) Standmodus
  • Der Akkumulator wird beim Stand des Fahrzeugs wirksam und effizient aufgeladen, indem entweder der Verbrennungsmotor 113 im Leerlauf und Pumpe 107 oder der Elektromotor 110 und die Pumpe/Motorkombination 105 verwendet werden. Beim Aufladen mit Motor 113 und Pumpe 107 wird das Automatikgetriebe 114 entkuppelt und die Motordrehzahl wird angepasst, um den Druck mit dem Ölfluss von der hydrostatischen Pumpe 107 in einer geeigneten Zeitspanne auf 345b zu bringen. Die Leerlaufkraft des Motors, die zum Aufladen des Akkumulators 101 benutzt wird, ist praktisch ohne zusätzliche Kosten an Kraftstoffverbrauch erhältlich. Der 2-1-Motor könnte bei 500 rpm 3 kW bei normalem Leerlaufkraftstoffverbrauch von 1,5 l/h liefern, wenn der Motor bei hohem Gas (Verteilerdruck nahe Atmosphärendruck) und niedriger Drehzahl betrieben wird. Die Motordrehzahl wird bei diesem Betriebsschritt durch die Belastungsdrehkraft beschränkt.
  • Ein automatisches Getriebe mit Drehmomentwandler ohne Kupplung begrenzt beim Aufladen eines stehenden Fahrzeugs die Motordrehzahl auf knapp über Lehrlaufdrehzahl, jedoch nicht mehr als 900 rpm. Der an einen Drehmomentwandler gekoppelte Verbrennungsmotor kann die Drehkraft des Kurbelwellenstumpfes bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten um bis zu 270 Nm erhöhen. In anderen Ausführungsbeispielen könnte ein Drehmomentwandler zwischen Verbrennungsmotor und erstem Sammelgetriebe 116 vorgesehen werden, der die Pumpe antreibt (während die Kupplung zwischen den beiden Sammelgetrieben 116, 120 beibehalten wird), was die Betriebsflexibilität erhöhen würde. Vom praktischen Standpunkt aus könnte sich das jedoch aufgrund der zusätzlichen mechanischen Komplexität nicht lohnen, da die Pumpe 107 vorne am Motor angebracht werden und der Drehmomentwandler unmittelbar mit der Schwungradabgabe des Motors verbunden werden könnte, wobei der Drehmomentwandler von einem Standard-Glockengehäuse umgeben ist.
  • Der Betrieb der Antriebssteuervorrichtung, die einen Mikrosteuerschalter 122 und einen Speicher 123 umfasst, wird nun unter Bezugnahme auf den Steuerablaufplan in 5 beschrieben. Der Steueralgorithmus ist ein Beispiel eines Verfahrens für die Steuerung eines Hybridantriebssystems der ersten Form der Erfindung. Die Antriebssteuervorrichtung steuert die Antriebselemente, von denen Leistung und Energie vom oder zum Kurbelwellenstumpf geliefert wird und welchen Weg die Leistung oder Energie innerhalb des Hybrdantriebssystems nimmt. Es versteht sich, dass der Algorithmus iterativ ist und auf Änderungen in Energiebedarf, Zustand des Antriebssystems und Fahrzeugbetriebsmodus wie unten beschrieben reagiert.
  • Da der Mikrosteuerschalter 122 sowohl bei der Steuerung des Feld- und des Armaturenstroms als auch bei der Verdrängung der hydrostatischen Pumpe 105 Flexibilität bietet, kann die jeweils beste Bedingung für jeglichen Zustand der Akkumulatorladung 101 ausgenutzt werden, falls der Verbrennungsmotor aus irgend einem Grund nicht zur Verfügung steht. Wenn der interne Verbrennungsmotor 113 zur Verfügung steht, verbessert er viele Eigenschaften des Hybridantriebssystems der Erfindung. Dazu gehören Reichweitenvergrößerung, zusätzliche Beschleunigungsfähigkeit (mit einer Kupplung mehr als 20 km/h und einem hydrodynamischen Drehmomentwandler oder einem Automatikgetriebe für Nulldrehzahlen) und verbesserte Steigungsbewältigung. Der Nutzen eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers besteht hauptsächlich darin, die Steigungsbewältigung zu verbessern. Verbesserte Leistung könnte jedoch auch mit einem Standard- Fahrzeugautomatikgetriebe 114 erzielt werden, das Kupplung (Getriebe in Leerlaufstellung), Drehmomentwandler und zusätzlich mehrere Gänge enthält, wie in dem Ausführungsbeispiel in 2 dargestellt.
  • 5A und 5B zeigen zusammen eine Übersicht über einen typischen Steueralgorithmus 200, der eine Primäreingabe hat, und zwar das Eingabesignal DO vom Fahrzeugführer in Form einer Anforderung von Leistung, d.h. es soll Energie an die Fahrzeugräder geliefert werden. Das kann eine Anforderung von positiver Energie sein, d.h. zur Beschleunigung oder für Dauerfahrt, oder es kann eine Aufforderung zum Abbremsen des Fahrzeugs (negative Energie) sein, oder eine Null-Aufforderung. Schritt 201 ermittelt daher, ob die Aufforderung negativ 202, Null 203 (Fahrzeug hält an) oder positiv 204 ist. Wie oben mit Bezug auf 2 dargelegt, stammt das Aufforderungssignal DO von einem Messwandler, der manuell vom Fahrzeugführer betrieben und an den Mikrosteuerschalter 122 gesendet wird.
  • Im Falle der Anforderung von positiver Energie 204, und unter Bezugnahme auf 5B, wird die Energie entweder vom Elektromotor 110 oder von der hydrostatischen Hauptpumpe/Motorkombination 105 geliefert. Welches Element benutzt wird, hängt vom „Antriebssystemzustand" ab. Der Systemzustand wird durch eine Reihe von Parametern ermittelt, einschließlich der in Akkumulator 101 bzw. Batteriesatz 103 gespeicherten Energiemengen, der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und der Drehzahlen von Verbrennungsmotor, hydrostatischem und Elektromotor und des aktuellen Fahrzeugbetriebsmodus, die in Schritt 205 ermittelt werden. Auf Grund dieser Informationen werden ein oder mehrere Antriebselemente ausgewählt, das Fahrzeug in Schritt 206 anzutreiben. Die vom Elektromotor oder hydrostatischen Motor erzeugte Leistung (oder Drehkraft) wird abhängig vom Aufforderungssignal DO variiert.
  • Wenn beispielsweise Energie im Akkumulator 101 verfügbar ist, dann ermittelt Schritt 211, dass der hydrostatische Motor 105 zum Antrieb des Fahrzeugs zu verwenden ist, nachdem sichergestellt wurde, dass in Schritt 212 die mechanische Bremse am Elektromotor angezogen wurde. Der Taumelscheibenwinkel AS der hydrostatischen Pumpe/Motorkombination wird in Übereinstimmung mit dem verfügbaren Akkumulatordruck PA und der Beschleunigungsaufforderung in Schritt 213 variiert. Der interne Verbrennungsmotor 113 wird eingesetzt, um die Antriebsenergie durch Aufladen des Akkumulators bei Schritt 216 zu ergänzen. Die Drosselklappe OT des Motors wird in Schritt 215 erst dann weiter geöffnet, wenn dem hydrostatischen Motor Höchstleistung entnommen wird, wie durch maximalen Taumelscheibenwinkel 214 angezeigt wird.
  • Wenn im Akkumulator jedoch keine Energie enthalten ist oder wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit derart ist, dass die Drehzahlgrenze der hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 105 überschritten würde, wird in Schritt 207 der Elektromotor 110 gewählt. Wenn nötig, wird bei Schritt 208 das Solenoidventil 104a des Akkumulators geschlossen und die hydrostatische Pumpe/Motorkombination gestoppt. Der Elektomotor wird vom Motorsteuerschalter 109 gesteuert, um Energie auf einer Stufe zu liefern, die von dem Aufladezustand des Batteriesatzes und der Beschleunigungsaufforderung abhängig ist. Wenn der Elektromotor 110 zum Antrieb des Fahrzeugs eingesetzt wird, wird in Schritt 210 eine Energiekombination von den Batterien und dem Verbrennungsmotor zugeführt, abhängig von dem Aufladestand des Batteriesatzes 103, nachdem der Batteriestand in Schritt 209 geprüft wurde. Wenn der Batteriesatz voll aufgeladen ist, wird vom Elektromotor volle Leistung abgegeben, bevor zusätzliche Energie vom Verbrennungsmotor hinzugefügt wird. Wenn der Batteriesatz fast leer ist, wird Energie vom internen Verbrennungsmotor hinzugefügt.
  • Um positive Energie entweder vom Elektromotor oder von der hydrostatischen Pumpe/Motorkombination zu liefern, sollte das andere Antriebselement, das mit dem Umlaufgetriebe 108 gekoppelt ist, vorzugsweise im Stillstand gehalten werden. Beim Elektromotor wird die mechanische Bremse 111 an der Motorwelle angezogen, um den Motor im Stillstand zu halten. Bei der hydrostatischen Maschine 105 könnte ebenfalls eine mechanische Bremse benutzt werden, aber als Alternative kann die Maschine auch als Pumpe betrieben werden, bei der jedoch das Akkumulatorventil 104a geschlossen ist, so dass kein Öl fließen kann (vorausgesetzt, dass der in den Hydraulikleitungen erzeugte Druck nicht die in diesem System bevorzugte Höchstleistung überschreitet).
  • Wenn negative Energie 202 zum Verlangsamen des Fahrzeugs angefordert wurde, wird ein ähnliches wie in 5A dargestelltes Verfahren angewendet. Der Systemzustand wird in Schritt 217 ermittelt und in Schritt 218 wird entschieden, welche der Regenerativelemente (d.h. Elektromotor/Generator oder Hydropumpe/Motor) benutzt werden können, um Energie vom Fahrzeug aufzunehmen. Wenn die Regenerierung in Schritt 219 mit dem Elektromotor/Generator 110 erfolgt, ist es normalerweise nur möglich, Energie in den Batteriesatz 103 bis zu ca. der Hälfte der Höchstdrehzahl der Elektromaschine zu regenerieren, d.h. bis ca. 3000 rpm. (Beim Fahren kann Energie dagegen von der Elektromaschine über den gesamten Drehzahlbereich angewendet werden). Die Anforderungen von negativer Energie werden bevorzugterweise entweder von der Elektromaschine (siehe oben) oder von der hydrostatischen Maschine abgewickelt, die Fluiddruck in den Akkumulator pumpt, während die andere Maschine stillsteht, siehe Schritt 220–221 und Schritt 223–224.
  • Mit dem Hydraulikelement kann die Regenerierung bei Schritt 222 bei jeder Drehzahl innerhalb der bauartbedingten Grenzen der hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 105 erfolgen. Wenn sich der Akkumulator 101 bei diesem Betriebsschritt füllt, kann die Pumpe immer noch zum Verlangsamen des Fahrzeugs benutzt werden, indem die Energie durch ein Überdruckventil 124b (siehe 3) abgelassen wird, statt im Akkumulator gespeichert zu werden. Eine Alternative zum Ablassen der Energie durch das Überdruckventil ist die Verwendung der Fahrzeugradbremsen. In beiden Fällen geht die Energie in Wärme verloren.
  • Sowohl beim Beschleunigen als auch beim Abbremsen ist es möglich, sowohl die hydrostatische Pumpe/Motorkombination als auch den Elektromotor/Generator (nicht in 5 abgebildet) zu betreiben, doch sind hierbei Betriebsgrenzen gesetzt. Das hydraulische Element ist bezüglich der verfügbaren Energie begrenzt, und das elektrische Element ist bezüglich der Maximaldrehkraft begrenzt, so dass beide Elemente gleichzeitig nur in einem begrenzten Betriebsbereich betrieben werden können.
  • Wenn das Fahrzeug steht 203 und daher kein Bedarf an Radantriebsenergie besteht, wird bei Schritt 225 ermittelt, ob der Akkumulator voll ist. Wenn er nicht voll ist, ist es möglich, den Akkumulator bei Schritt 226 mit dem Verbrennungsmotor 113 aufzuladen, indem dieser eine kleine mit dem Motor gekoppelte Konstantpumpe 107 antreibt. Die Drosselklappenöffnung OT des Verbrennungsmotor wird variiert, um den Motor im Leerlauf zu halten. Wenn eine Kupplung vorgesehen oder die Leerlaufstellung im Automatikgetriebe gewählt ist, ist es möglich, den Akkumulator schneller aufzuladen, wenn die Motordrehzahl erhöht wird. Im Allgemeinen würden hydrostatische Hauptpumpe/Motorkombination 105 und Elektromaschine 110 nicht benutzt, wie in Schritt 227 angegeben ist. Wenn der Akkumulator voll ist, läuft der Verbrennungsmotor 228 normal im Leerlauf. In anderen Ausführungsbeispielen könnte es möglich sein, den Batteriesatz von einer günstigen Netzstromquelle aufzuladen.
  • Es folgen einige Beispiele, die zeigen, wie das Steuerverfahren das Antriebssystem in bestimmten Situationen steuert:
    • (a) Oberhalb einer Geschwindigkeit von 15 km/h kann der Verbrennungsmotor eingekuppelt werden und ohne Verlust 120–150 Nm Kurbelwellendrehkraft abgeben in einem Ausführungsbeispiel, in dem kein hydrodynamischer Drehmomentwandler und kein Automatikgetriebe installiert ist.
    • (b) Der Verbrennungsmotor kann 24 kW über die hydrostatische Pumpe 107a, den Hydraulikkreis (3) und die hydrostatische Pumpe/Motorkombination 105 liefern, um eine höhere Dauerfahrtgeschwindigkeit von bis zu 100 km/h zu erzielen. Dies erfordert eine Motordrehzahl von 3000 rpm, eine Elektromotordrehzahl von 6000 rpm und eine Drehzahl des hydrostatischen Motors von 600 rpm bei verringerter Verdrängung. Auch wenn dies nicht die energieeffizienteste Betriebsart ist, ermöglicht sie dem Bus höhere Geschwindigkeiten über die Nennleistung von 80 km/h hinaus, ohne die Elemente des Hybridantriebssystem zu überdrehen.
  • Der Mikrosteuerschalter 122 erleichtert vorzugsweise den adaptiven Betrieb, indem er so angeordnet ist, dass er die Statistiken der verschiedenen Betriebssystemparameter aufzeichnet, einschließlich des Armaturenstroms IA und des Verteilerdrucks PM. Wenn beispielsweise Armaturenstrom IA der elektrischen Maschine 110 über die aktuellen Erfordernisse der Straßenverhältnisse hinaus auftritt, kann daraus die Wahrscheinlichkeit einer Energieanforderung für Steigungen und Dauerfahrt erschlossen werden. Dann kann eine optimale Strategie für die Ausnutzung von verbleibender Batterieenergie nach Belieben für Dauerfahrt oder Steigungen gewählt werden. Entsprechend werden die Statistiken des Verteilerdrucks PM des Verbrennungsmotors 113 aufgezeichnet, da diese unmittelbar mit der Motordrehkraft und somit mit der Motorleistung bei jeglicher Geschwindigkeit zusammenhängen.
  • Sollte der Mikrosteuerschalter errechnen, dass der Motor mit weniger als optimaler Effizienz läuft, dann kann er die Steuerstrategie so anpassen, dass der Drehmomentwandler gesperrt wird, falls das noch nicht geschehen ist, die Kupplung gelöst und der Akkumulator im Motorleerlauf aufgeladen wird. Der Akkumulator kann auf einen Druck aufgeladen werden, der eine Funktion der Durchschnittsgeschwindigkeit des Busses in ca. den letzten 10 Fahrtminuten ist. Wenn der Akkumulator den optimalen Druck für die Durchschnittsgeschwindigkeit erreicht hat, wird die Bremse an der hydraulischen Maschine gelöst und die Drehzahl dieser Welle erhöht, woraus sich eine Drehzahlverringerung des Elektromotors und daher Belastung der Batterie ergibt, vorausgesetzt, dass keine höhere Drehkraft angefordert wird. Sollte erhöhte Drehkraft für den Kurbelwellenstumpf angefordert werden, kann die Energie aus dem Akkumulator die von der Batterie angeforderte Energie verringern, ohne den Bus unbedingt zu verlangsamen.
  • Die obigen Beispiele veranschaulichen die Anpassungsfähigkeit des Steueralgorithmus, die mit den Komponenten der bevorzugten drei (3) Energiequellen des Antriebssystems möglich ist. Es ist möglich, die strengen Drehkraftanforderungen über ein rasch veränderndes stochastisches Drehzahlprofil mit minimalen Energieverlusten zu erfüllen, weil die Komponenten so verbunden sind, dass sie benutzt werden können, wenn ihre Verluste auf Mindestwerte absinken. Außerdem haben alle elektromechanischen Komponenten als Funktion von Drehkraft und Drehzahl unterschiedliche Verlustwerte, und bei den Energiespeicherelementen sind die Verlustwerte von der Höhe der Energieentnahme abhängig.
  • Ein weiteres wichtiges Kriterium, das für die Energiespeichersysteme relevant ist, ist die Gesamtenergiespeicherkapazität und die damit verbundenen Bereitschaftsverluste. Im gesamten oben beschriebenen System kann jede der drei Energiequellen wirksam bei allen im dichten Stadtverkehr normalerweise auftretenden Bedingungen eingesetzt werden. Der Omnibus ist in einer Situation mit 5 Anhalten pro Kilometer ebenso geeignet wie in einem hügeligen Gelände. Er wurde mit dem Ziel entwickelt, weniger als 20% bis 30% der Flüssigkraftstoffenergie zu verbrauchen, die ein rein mit Verbrennungsmotor betriebener Bus im stockenden Verkehr mit einer Reichweite von 100 bzw. 200 km verbrauchen würde. Daher ist es zu bevorzugen, die Anwendung auf 200 km zwischen Batterieaufladungen zu begrenzen, wenn ventilregulierte Bleibatterien installiert werden.
  • Das Antriebssystem der Ausführungsbeispiele hat mehrere Vorteile gegenüber bisher bekannten Anordnungen. Der Einsatz des Elektromotors vorwiegend für den Dauerfahrtmodus gestattet die Verwendung einer Maschine mit kleinerer Nennleistung. Das bedeutet, dass die Wärmeeigenschaften von Motor und Batterie (gewöhnlich ansonsten verschwendet beim Beschleunigen von niedrigen Geschwindigkeiten) bei Steigungen genutzt werden können. Damit ergibt sich eine ähnliche mittlere Steigungsgeschwindigkeit bei einer Stromüberlastung, wie sie beim bisher bekannten Elektroantrieb nur mit einem größeren Motor erzielbar ist.
  • Beim Abbremsen auf einer langen Gefällefahrt kann der Batteriesatz des Ausführungsbeispiels (Blei-Säure-Batterie mit einer Masse von ca. 0,3 der Gesamtfahrzeugmasse) die Energie speichern, die ein Bus auf einem 2000 m langen Gefälle einspart, wenn man von einem 80% Entladungszustand oben auf dem Hügel und voller Aufladung unten ausgeht. Das zeigt an, dass das bevorzugte Betriebsverfahren für den Einsatz des elektrischen Antriebselements in einer hügeligen Umgebung sein könnte. Es gilt genau das Gegenteil für herkömmlichen Betrieb mit Elektroantriebselementen, da die Batterie die Anforderungen von Beschleunigung, ebener Fahrt und erneuter Steigung nicht erfüllen kann. Außerdem gleicht die Verwendung von relativ kostengünstigen Elektromotoren und Steuerschaltern im elektrischen Antriebselement die mit dem Umlaufgetriebe verbundenen Kosten wieder aus.
  • Das Aufladen des Akkumulators bei stehendem Fahrzeug erhält im Wesentlichen die Beschleunigungsleistung des Busses aufrecht, insbesondere wenn der bevorzugte Mehrstufenakkumulator mit niedrigem Druckverhältnis eingesetzt wird, welcher den normalerweise nach dem Aufladen entstehenden Druckabfall verbessert. Diese Anordnung kann in relativ ebenem Gelände beständig hohe Beschleunigung erzielen, auch wenn kein Verbrennungsmotor benutzt wird.
  • Die Komponentengröße der verschiedenen Antriebselementbeispiele wird unter Bezugnahme auf die erste Form der Erfindung erläutert und gilt für einen 6 bis 7 Tonnen schweren Omnibus. Bauteile für andere Busgrößen können in Übereinstimmung mit vorgesehenen Fahrzeuggewichtswerten linear skaliert werden, wenn die normale Höchstgeschwindigkeit bei 80 km/h liegt. Beim Innenstadtbetrieb ist 60 km/h jedoch eine mehr als ausreichende Höchstgeschwindigkeit und in Städten mit einer relativ flachen Topographie, wie Singapore, London und New York, sind die Bauteilgrößen ausreichend für einen 14 Tonnen schweren und 12 m langen Omnibus. Die Beschleunigungsleistung steigt nach dem Verhältnis von maximaler kinetischer Energie des Busses, und ein Bus von fast doppelter Masse bei 60 km/h hat etwa dieselbe Energie wie der kleinere Bus bei 80 km/h.
  • Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine andere, für Omnibusse im Transitbetrieb konfigurierte Form eines Hybridantriebssystems betrifft, ist im Blockdiagramm in 6 dargestellt. Das Antriebssystem 300 ist besonders für Mittel- bis Langstreckenbetrieb geeignet, beispielsweise 200 bis 400 km. Das System kann auch für Vorstadttransitbetrieb genutzt werden, möglicherweise bereits ab 100 bis 120 km. Das Antriebssystem des dritten Ausführungsbeispiels umfasst wiederum mindestens drei verschiedene Energiespeichervorrichtungen.
  • Ein hydrostatischer Akkumulator 301 befindet sich in einem Fluidhydraulikkreis mit einer Fluiddrucksteuervorrichtung in Form von Verteilerblock und Ventilen 305, einer Serie von Fluidenergieumwandlungsvorrichtungen – einschließlich einer ersten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 306, einer zweiten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 307 und einer hydrostatischen Pumpe 308 – und eines Öltanks 309. Die erste hydrostatische Pumpe/Motorkombination 306 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einem energiespaltenden Rädergetriebe, nämlich einem Umlaufgetriebe 321 mit drei Wellen, gekoppelt, die zweite hydrostatische Pumpe/Motorkombination 307 mit einem ersten Sammelgetriebe 310, und die hydrostatische Pumpe 308 mit einem zweiten Sammelgetriebe 311.
  • Ein Flüssigkraftstofftank 302 liefert Kraftstoff, wie etwa Benzin oder Flüssiggas (LPG), über eine Motorsteuervorrichtung in Form einer Drosseleinheit 312 an einen Verbrennungsmotor in Form eines internen Verbrennungsmotors mit Funkenzündung 313. Andere Ausführungsbeispiele könnten einen externen Verbrennungsmotor in Form einer Gasturbine oder Ähnlichem verwenden. Der interne Verbrennungsmotor 313 ist durch ein geschwindigkeitsänderndes Getriebe, vorzugsweise ein Automatikgetriebe 314, an einen Kurbelwellenstumpf 315 eines Omnibusses gekoppelt. Die zweite hydrostatische Pumpe/Motorkombination 307 ist über das erste Sammelgetriebe 310 zwischen dem internen Verbrennungsmotor 313 und dem Automatikgetriebe 314 gekoppelt.
  • Ein Schwungrad 303, das in 6 als Teil des Umlaufgetriebes 321 lediglich zu Illustrationszwecken dargestellt ist, ist über das Umlaufgetriebe an die erste hydrostatische Pumpe/Motorkombination 306 gekoppelt.
  • Ein Batteriesatz 304 befindet sich im elektrischen Kreis mit einer Elektroenergieumwandlungsvorrichtung in Form eines Motorsteuerschalters 316, der Antriebsstrom an eine elektrische Maschine in Form eines Gleichstrommotors 317 liefert. Die Antriebswelle des Elektromotors 317 ist an das erste Sammelgetriebe 310 auf einer gemeinsamen Welle mit der zweiten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 307 gekoppelt.
  • Die erste hydrostatische Pumpe/Motorkombination 306 ist vorzugsweise an ein Tellerrad 319 des Umlaufgetriebes 321 gekoppelt, das Schwungrad 303 an ein Sonnenrad 318 des Umlaufgetriebes 321 und der Planetenradträger 326 an die hydrostatische Pumpe 308 und über das zweite Sammelgetriebe 311 ebenfalls an den Kurbelwellenstumpf 315. Der Kurbelwellenstumpf kann seinerseits an einen Endantrieb 320 eines Fahrzeugs, wie etwa eines Omnibusses, gekoppelt sein.
  • Es bietet sich wiederum an, im Folgenden das Hybridantriebssystem, wenn es in Übereinstimmung mit einer anderen Form der Erfindung konfiguriert ist, als vorzugsweise vier Antriebselemente umfassend zu betrachten, und zwar:
    • (A) ein Fluidantriebselement, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel die hydrostatischen Maschinen umfasst (die erste Pumpe/Motorkombination 306, die zweite Pumpe/Motorkombination 307 und Pumpe 308), den Verteilerblock mit Ventilen 305 und den zugeordneten Akkumulator 301;
    • (B) ein Verbrennungsantriebselement, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel den internen Verbrennungsmotor 313, die Motordrosseleinheit 312 und den Flüssigkraftstofftank 302 umfasst;
    • (C) ein kinetisches Antriebselement, das das Schwungrad 303 umfasst; und
    • (D) ein optionales elektrisches Antriebselement, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel den Elektromotor 317, den Motorsteuerschalter 316 und den Batteriesatz 304 umfasst.
  • Jedes der Antriebselemente ist mechanisch an den Endantrieb 320 zum Antrieb des Omnibusses gekoppelt; vorzugsweise sind die hydrostatische Pumpe/Motorkombination 306 und das Schwungrad 303 selektiv an jeweilige Wellen des Umlaufgetriebes 321 gekoppelt. Eine dritte Welle des Umlaufgetriebes, nominal die Abgabewelle, ist parallel an das Verbrennungsantriebselement und an den Kurbelwellenstumpf 315 gekoppelt. In anderen Ausführungsbeispielen kann es vorzuziehen sein, die zweite hydrostatische Pumpe/Motorkombination 307 und den Elektromotor 317 ebenfalls über ein weiteres energiespaltendes Rädergetriebe an den Kurbelwellenstumpf 315 zu koppeln.
  • Im dritten Ausführungsbeispiel sind das Fluidenergie-, das kinetische und in geringerem Ausmaß das elektrische Antriebselement die primären Antriebselemente und sind zum jeweiligen regenerativen Betrieb angeordnet. Dagegen spielt das Verbrennungsantriebselement eine sekundäre Rolle und wird nicht regenerativ betrieben. Die unter Bezugnahme auf das in 2 veranschaulichte Ausführungsbeispiel dargelegten besonders bevorzugten Ziele im Hinblick auf Minimierung von Verlusten und modularer Anordnung der Antriebselemente gelten auch für dieses Ausführungsbeispiel. Ein Beispiel der modularen Anordnung ist, dass das elektrische Antriebselement des vorliegenden Ausführungsbeispiels in einem weiteren Ausführungsbeispiel der zweiten Form der Erfindung weggelassen werden kann.
  • Ähnlich wie bei der ersten Form der Erfindung umfasst die Antriebssteuervorrichtung einen Mikrosteuerschalter 322 und einen Speicher 323 zur Speicherung der Steuerprogramme und zugehörigen Daten. Der Mikrosteuerschalter 322 empfängt ein Signal, das den Druck PA im hydrostatischen Akkumulator 301 des Fluidenergieantriebselements und die Drehzahl Sm des Elektromotors 317 anzeigt. Der Mikrosteuerschalter 322 gibt auch Steuersignale ab, wie etwa den Taumelscheibenwinkel AS1, AS2 und die Ventileinstellungen PV an den Verteilerblock der hydrostatischen Pumpe/Motorkombinationen 306, 307 und Ventile 305 im Hydraulikkreis. Eine typische Kreisanordnung für das in 6 dargestellte Fluidenergieantriebselement wird mit Bezug auf 7 beschrieben. Die erste hydrostatische Pumpe/Motorkombination 306 ist eine Verstellmaschine, deren Verdrängung durch eine Taumelscheibe verändert werden kann. Eine geeignete Hydraulikmaschine ist eine A4VG mit 71 ccm, wie hergestellt von Rexroth, mit einer Nennleistung von 125 kW mit einer maximalen Drehkraft von 400 Nm. Als Motor liefert die erste Hydraulikmaschine dem Tellerrad 319 des Umlaufgetriebes 321 (siehe 6) Drehmoment. Als Pumpe zum Aufladen des Akkumulators 301 oder zur Lieferung von Öl an die zweite Hydraulikmaschine 307 empfängt die erste Hydraulikmaschine Drehmoment vom Getriebe, das entweder vom Endantrieb 320 beim Verlangsamen des Omnibusses bei hohen Geschwindigkeiten stammt oder von den regenerativen Elementen, die bei niedrigen Geschwindigkeiten Beschleunigung erzeugen. Der Akkumulator 301 kann, wenn der Bus steht, auch von der zweiten Hydraulikmaschine 307 aufgeladen werden.
  • Der Akkumulator 301 und/oder das Schwungrad 303 können auch sehr wirksam von der zweiten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 307 aufgeladen werden, z. B. einer A4VG mit 56 ccm, hergestellt von Rexroth, die von dem internen Verbrennungsmotor 313 angetrieben und vom Elektromotor 317 ergänzt wird. Eine sehr kleine Zahnradpumpe 307a wird mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt, um den niedrigen für die Steuerung des Taumelscheibenwinkels notwendigen Fluss zu erzeugen. Der Druckabfall über der Zahnradpumpe 307a wird durch ein erstes Niedrigdruckreglerventil 324a (siehe 7) auf ca. 20 b reguliert. Die A4VG-Maschinen benötigen jeweils einen Initialdruck, der von einer hydrostatischen Pumpe 308 (Rexroth A2FO mit Verdrängung von 63 ccm) geliefert wird, um Fluid aus der ersten Ölwanne 309b zu entnehmen. Ein Sicherheitsventil 305c wird ebenfalls um die Ladepumpe 308 vorgesehen.
  • Jede der hydrostatischen Maschinen 306 und 307 steht in Fluidkommunikation mit dem hydrostatischen Akkumulator 301, der zwei Elemente umfasst, die in dem Ausführungsbeispiel mit einem Druckverhältnis von 2 : 1 arbeiten. Das Fluidantriebselement kann anstatt eines herkömmlichen, leistungsbegrenzten Niedrigdruckakkumulators sowohl in Konfigurationen mit geschlossenem als auch mit offenem Kreislauf betrieben werden. Die Ladepumpe 308 kann entweder vom Kurbelwellenstumpf 315 oder in anderen Ausführungsbeispielen unmittelbar vom Verbrennungsmotor 313 (siehe 8) angetrieben werden. Der Druckabfall über den hydrostatischen Maschinen ist durch Hochdruckregulierventile 324b und 324c auf 345b begrenzt. Bei Betrieb in geschlossenem Kreis liefert die Pumpe 307a Zusatzöl über Rückschlagventile 325a und 325b. Flüssigkeit kann an eine zweite Ölwanne 309a über ein Sicherheitsventil 305b abgegeben werden.
  • Der primäre Akkumulator 301a ist vom Öl-Stickstoff Typ mit (beispielsweise) einem Volumen von 50 l, während die sekundäre Akkumulatorstufe 301b von 20 l (ca. der halben Größe des primären) ohne Öl benutzt und auf der Gasseite des primären Akkumulators 301a angeschlossen wird. Diese stufenweise Akkumulatorkonfiguration entspricht der, die in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.
  • Elektrische Energie aus dem Batteriesatz 304 wird vorwiegend für Steigungsfahrten und bei ebener Fahrt als Ersatzenergie benutzt. Der Elektromotor 317 wird eingesetzt, wenn er am effizientesten ist, da der Strom vorzugsweise benutzt wird, wenn der Drehmomentwandler im Automatikgetriebe 314 gesperrt ist. Die Impedanzanpassung zwischen Motor und Kurbelwellenstumpf kann durch die Zahnradverhältnisse in einem Mehrgang-Automatikgetriebe erzielt werden. Bei normalem Betrieb wird der Elektromotor 317 nicht für die Beschleunigung des Omnibusses unter ca. 50 km/h eingesetzt. Wie oben erwähnt, kann das elektrische Antriebselement auch ganz weggelassen werden. Das reduziert die Masse des Fahrzeugs um etwa 1500 kg, insbesondere im Batteriesatz 304, doch erhöht es den Kraftstoffverbrauch, ohne die Fahrleistung des Fahrzeugs wesentlich zu verbessern. Obwohl Ersatz von elektrischer Energie dann nicht zur Verfügung steht und das Fahrzeug Steigungen wahrscheinlich weniger gut bewältigt, könnte diese Konfiguration bei Betrieb auf relativ flachem Gelände geeignet sein.
  • Das Verbrennungsantriebselement umfasst einen internen Verbrennungsmotor 313, in dem Ausführungsbeispiel einen 5,0-l-Motor mit Funkenzündung, wie etwa ein 8-V-Zylindermotor mit elektronischer Kraftstoffeinspritzung, der ca. 165 kW liefert und von Ford Motor Company hergestellt wird. Flüssigkraftstoff wie etwa Benzin und/oder LPG wird in dem/den Tanks 302 gespeichert und an den Motor durch die Drosseleinheit 312 unter Steuerung des Mikrosteuerschalters 322 abgegeben, welcher die Öffnung OT der Drosselklappe reguliert. Der Mikrosteuerschalter überwacht auch den Verteilerdruck PM des Motors, da dieser Parameter einen Hinweis auf die Motorendrehkraft gibt.
  • Der Verbrennungsmotor 313 ist gekoppelt mit dem geschwindigkeitsändernden Getriebe in Form eines Automobil-Automatikvierganggetriebes 314 mit Sperrung im 3. und 4. Gang, oder vorzugsweise etwa ein herkömmliches 6-Gang-Automatikgetriebe, hergestellt von Allison zur Verwendung in Lastkraftwagen und/oder Omnibussen. Der 5-l-Verbrennungsmotor ist in der Lage, einen 12 t schweren Omnibus in ca. 17 Sekunden auf 60 km/h zu beschleunigen. Das Fahrzeug ist damit unabhängig vom regenerativen Hydrostatik-Schwungradsystem für den Fahrzeugbetrieb bei normalerweise akzeptierter Leistung, jedoch mit entsprechend höherem Kraftstoffverbrauch, sollte das Regenerativsystem aus irgend einem Grund ausfallen.
  • Die Drehzahlkarte in 1B zeigt die Verhältnisse der Drehzahlen der drei Wellen des Umlaufgetriebes 321 und demzufolge von Fahrzeuggeschwindigkeit, erster hydrostatischer Pumpe/Motorkombination und Schwungrad. Das Umlaufgetriebe des Ausführungsbeispiels ist ein Sammelgetriebe von einer 200 kW Umlaufgetriebeuntersetzungseinheit für ein Schiffsgetriebe und wäre für dieses System geeignet, aber es wäre in der Drehkraft auf ca. 900 Nm auf dem Tellerrad, 1360 Nm auf dem Träger und 475 Nm auf dem Sonnenrad begrenzt. Die erste hydrostatische Pumpe/Motorkombination 306 würde mit dem Teller(eingabe)rad 319, der Planetenradträger 326 mit dem unmittelbar mit dem Kurbelwellenstumpf 315 gekoppelten zweiten Sammelgetriebe 311 und das Sonnenrad 318 mit einem internen 2 MJ Schwungrad 303 gekoppelt, welches beispielsweise ein Stahlschwungrad mit 600 mm Durchmesser, 280 kg Gewicht und 5000 rpm sein könnte.
  • Das Schwungrad kann zur Erhöhung der Fahrzeugträgheit um einen Faktor von ca. 2,3 (wenn das Tellerrad im Stillstand gehalten wird) verwendet werden, womit die Drehzahlvariation bei welligem Gelände bei Geschwindigkeiten von weniger als 55 km/h minimiert wird. Eine weitere, viel geringere Erhöhung der Trägheit ist möglich, wenn die jeweiligen Verdrängungswerte der hydrostatischen Maschinen so eingestellt werden, dass ihre Drehzahlen übereinstimmen. Das entspricht einer Verbindung von Kurbelwellenstumpf mit der Tellerradwelle sowie mit der Trägerwelle des Umlaufgetriebes, so dass zwischen Teller- und Trägerwelle des Umlaufgetriebes ein feststehendes Verhältnis besteht und sich daraus eine 16%ige Erhöhung der Busträgheit ergibt. Die Drehzahl SF des Schwungrades kann vom Mikrosteuerschalter 322 überwacht werden. Umgekehrt erhöht sich die Gesamtträgheit des Busses um einen Faktor von 4,9, wenn die Verdrängung der ersten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 306 auf dem Tellerrad so verändert wird, dass sie in negativer Richtung dreht, und das gilt für Geschwindigkeiten von zwischen 30 km/h und 50 km/h.
  • In einigen Anwendungen wäre es dagegen zu bevorzugen, die Energie mechanisch zu speichern, mit dem Tellerrad im Stillstand, und zwar auf Hügeln von weniger als 16 m Höhe und bei Geschwindigkeiten von weniger als 60 km/h – was der wahrscheinlichste Geschwindigkeitsbereich für Vorstadtbusse auf Strecken mit relativ hohen Durchschnittsgeschwindigkeiten bei welligem Gelände ist. Der Betrieb bei anderen Trägheitsquotienten ist möglicherweise weniger effizient, doch der Mikrosteuerschalter 322 könnte mit einem adaptiven Algorithmus so programmiert werden, dass die Energiespeicherung im Schwungrad 303 und ihre Extraktionsmethode optimiert wird.
  • Das Drehmomentverhältnis zwischen den drei Wellen des Umlaufgetriebes 321 kann von dem Drehzahlquotienten des Sonnenrades 318 zum Träger 326 von 0,33 ermittelt werden, die mit dem Schwungrad 303 bzw. Kurbelwellenstumpf 315 gekoppelt sind. Entsprechend beträgt der Drehzahlquotient von Tellerrad 319 zu Träger 317 0,66, wobei ersteres an die erste hydrostatische Pumpe/Motorkombination 306 gekoppelt ist.
  • Nun werden die Betriebsmodi des Hybridantriebssystems der Erfindung unter Bezugnahme auf die Drehzahlkarte in 1B erläutert. Die Drehzahlkarte zeigt, dass das Schwungrad 303 immer im positiven Drehzahlbereich arbeitet. Das Schwungrad 303 ist mit der Sonnenradwelle 318 gekoppelt und hat eine Höchstdrehzahl von 5000 rpm. Da die Trägerwelle 326 unmittelbar mit dem Kurbelwellenstumpf 315 verbunden ist, steht ihre Drehzahl im unmittelbaren Verhältnis zur Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Höchstdrehzahl des Kurbelwellenstumpfes beträgt 3000 rpm bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 103 km/h. Die Tellerradwelle ist mit der Verstellpumpe/Motorkombination des hydrostatischen Energiespeichersystems verbunden, welche sowohl als Motor als auch als Pumpe im geschlossenen Kreisbetrieb eine Höchstdrehzahl von 4000 rpm hat.
  • (i) Beschleunigungsmodus
  • In diesem Modus ist das Fahrzeug, wenn es vom Stillstand oder auf einer höhere erwünschte Geschwindigkeit beschleunigt wird oder wenn bei Steigungen zusätzliche Drehkraft erforderlich ist.
    • (A) Bei Vorausladung des Schwungrades (normalerweise verfügbar): im Geschwindigkeitsbereich von 0 bis 40 km/h wird das Fluidenergieelement benutzt, um Energie in kontrollierter Menge auf zwei Wegen vom Schwungrad auf den Bus zu übertragen. Diese sind zum ersten ein direkter mechanischer Weg von der Trägerwelle des Umlaufgetriebes zum Kurbelwellenstumpf 315 des Omnibusses und zum zweiten über die zwei hydrostatischen Maschinen zur Eingabewelle des Automatikgetriebes und damit zum Kurbelwellenstumpf. Das Fahrzeug wird beschleunigt, wenn der Taumelscheibenwinkel AS1 der ersten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 306 auf der Tellerradwelle 319 vergrößert wird, abhängig von der Position der Beschleunigungsvorrichtung, wobei der Taumelscheibenwinkel AS2 der zweiten mit dem ersten Sammelgetriebe 310 verbundenen hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 307 auf Maximalstellung ist.
  • Das Fahrzeug beschleunigt durch die Gänge entlang der auf der Drehzahlkarte dargestellten Linie S-T. Das Automatikgetriebe 314 ist so angeordnet, dass die Gangschaltungen bei Verbrennungsmotordrehzahlen von ca. 4000 rpm erfolgen. Bei Punkt S' ändert die Drehzahl der ersten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 306 das Vorzeichen (d.h. die Drehrichtung kehrt sich um) und obwohl der Taumelscheibenwinkel sich nicht ändert, wechselt die Maschine von Pumpe auf Motor, wobei die Drehkraft für die Fahrt positiv bleibt.
  • Bei Punkt T (einer Geschwindigkeit von 70 km/h) auf der Drehzahlkarte hat die erste hydrostatische Pumpe/Motorkombination 306 ihre normale maximale Betriebsdrehzahl von 3000 rpm erreicht. Der Taumelscheibenwinkel AS1 der ersten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 306 ist nahe Null eingestellt und das Schwungrad wird auf einer niedrigen Drehzahl von ca. 1500 rpm mit einem Energiegehalt von ca. 180 kJ gehalten. Wenn die Verdrängungswerte von beiden hydrostatischen Maschinen so eingestellt sind, dass die Drehzahlen beider Maschinen gleich sind, dann erhöht sich die effektive Trägheit des Busses um 16%.
  • Die Fahrzeuggeschwindigkeit im vierten Gang kann unterschiedlich sein, wie sich auf der Linie U-V auf der Drehzahlkarte zeigt, welche eine effektive Trägheitszunahme von 11% hat, wobei mechanische Energie im Schwungrad gespeichert wird und die effektive Trägheit vom Geschwindigkeitsquotienten des hydrostatischen Antriebs abhängt, oder bei hydraulischer Energiespeicherung, entweder bei konstanter oder veränderlicher Geschwindigkeit. Bei Fahrzeuggeschwindigkeiten von mehr als 60 km/h besteht wenig Notwendigkeit, die Trägheit zu erhöhen.
    • (B) Bei Akkumulatorenergie (jedoch ohne Vorausladung des Schwungrades): liefert die zweite hydrostatische Maschine 307 Drehmoment an das Automatikgetriebe 314, welches bis 80 km/h im dritten und bis 100 km/h im vierten Gang betrieben werden kann. In dieser Situation wird die Energiezufuhr nach Bedarf vom Verbrennungsmotor 313 ergänzt.
  • (ii) Dauerfahrtmodus
    • (A) Fahrzeugträgheitsergänzung: bei ähnlichen Verdrängungswerten der beiden hydrostatischen Maschinen wurde die effektive Trägheit des Busses bei 80 km/h um 16% erhöht. Kurzzeitig können Energiemengen von 100 bis 150 kW für geringe Geschwindigkeitsvariationen zugeführt werden.
  • Für Geschwindigkeiten im Bereich von 40 bis 60 km/h auf hügeligem Gelände kann die Trägheit des Busses um einen Faktor von 2,4 erhöht werden, wenn die erste hydrostatische Pumpe/Motorkombination 306 im Stillstand bleibt und ihr Taumelscheibenwinkel auf maximal und der Winkel der zweiten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 307 nahe Null eingestellt wird. Schwungradenergie kann durch Vergrößerung des Taumelscheibenwinkels der zweiten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 307 entnommen werden, so dass sie als Pumpe arbeitet. Um sowohl den Akkumulator 301 als auch das Schwungrad 303 zur Energiespeicherung zu benutzen, wird der Taumelscheibenwinkel der zweiten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 306 auf den geeigneten Wert eingestellt und Energie durch Öffnen des Solenoidventils 305a (siehe 7) auf den Akkumulator übertragen.
  • Entsprechend kann Energie bei einer Dauerfahrtgeschwindigkeit von 60 km/h und einem Verteilerdruck PM des Verbrennungsmotors 313 von weniger als 0,7 b im Schwungrad 303 gespeichert werden, indem Energie über den Hydraulikkreis übertragen wird, d.h. die zweite hydrostatische Maschine 307 arbeitet als Motor und die erste hydrostatische Maschine 306 als Pumpe, so dass das Schwungrad zu höheren Drehzahlen angetrieben wird. Bei Fahrzeuggeschwindigkeiten von mehr als 60 km/h können sowohl Akkumulator 301 als auch Batteriesatz 304 von der zweiten hydrostatischen Maschine 307 bzw. der elektrischen Maschine N132L ausgenutzt werden, die jeweils mit dem Motor 313 gekoppelt sind. Der 70-l-Akkumulator kann 500 kJ speichern und die zweite hydrostatische Pumpe/Motorkombination 307 kann diese Energie mit ca. 50 bis 150 kW (je nach Fahrzeuggeschwindigkeit und Akkumulatordruck PA) ausnutzen, während der Elektromotor 317 relativ effizient zusätzliche 30–40 kW von einem 1500 kg Bateriesatz 304 liefern kann.
    • (B) Hydrostatische Energie (begrenzt verfügbar): für Geschwindigkeiten von 60 bis 80 km/h und eine Schwungraddrehzahl von 1500 rpm kann die zweite hydrostatische Pumpe/Motorkombination 307 pumpen, um Energie im Akkumulator 301 zu speichern, wobei die hydrostatische Pumpe 308 als Initialpumpe fungiert. Es ist zu beachten, dass das Automatikgetriebe 314 bei diesen Drehzahlen vorzugsweise im vierten Gang und der Drehmomentwandler gesperrt sein sollte. Die verfügbare Energie ist im Bereich von 80 bis 120 kW, und die maximale Energiespeicherung liegt bei 500 kJ.
    • (C) Elektrische Energie (begrenzte Energie): Der Batteriesatz 304 ist in der Lage, 30 kW für eine signifikante Zeitspanne zu liefern und kann gegenüber dem Verbrennungsmotor bevorzugt werden, wenn Schwungrad und hydrostatische Systeme keine verfügbare Energie enthalten.
  • (iii) Verlangsamungsmodus
    • (A) Verlangsamung von einem Fahrgeschwindigkeitsbereich von 50 bis 60 km/h: Der Taumelscheibenwinkel AS1 der ersten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 306 erreicht bei der aktuellen Pumpendrehzahl seinen Höchstwert, oder einen niedrigeren Wert, sollte der Bremsbedarf gering und das Automatikgetriebe 314 in Leerlaufstellung sein. Die Schwungraddrehzahl 303 erhöht sich entlang der Linie W-X auf der Drehzahlkarte, und der Druck des Hydraulikakkumulators 301 erhöht sich, bis die Drehzahl der ersten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 306 auf Null absinkt. Umlaufgetriebemodulation wird durch Änderung des Taumelscheibenwinkels AS1 der ersten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 306 erzielt.
  • Die Trajektorie entspricht normal etwa dem Punkt Tellerraddrehzahl = 0 auf der Drehzahlkarte in 1B. Wenn der Akkumulatordruck seine Grenze erreicht, bleibt das Akkumulatorsolenoidventil offen und Maximaldrehmoment wird von der ersten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 306 angewendet, da sie den Akkumulator auf Maximaldruck hält und über ein internes Überdruckventil abgibt. Diese Situation würde jedoch bei normaler Verlangsamung nicht auftreten, denn an diesem Punkt ist die Drehzahl der ersten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 306 niedrig und der größte Teil der Energie des Omnibusses wird sehr wirksam im Schwungrad 303 gespeichert.
    • (B) Verlangsamung von Geschwindigkeiten unter 50 km/h: Wenn die Drehzahl der ersten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 306 Null erreicht, wird der Taumelscheibenwinkel auf den Höchstwert für maximale Verlangsamungskraft eingestellt und die Drehzahl der Maschine ändert ihr Vorzeichen, so dass das Element jetzt als Motor arbeitet, ohne dass eine Änderung im Vorzeichen des Verdrängungswinkels eintritt. Die Linie ist in 1B als X-Y dargestellt, und eine erhebliche Menge der verfübaren kinetischen Energie des Busses wird auf das Schwungrad übertragen. Sollte der Akkumulatordruck auf nahe seinen Mindestwert fallen, wird das Automatikgetriebe eingekuppelt und der Taumelscheibenwinkel AS2 der zweiten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 307 wird moduliert, um den erforderlichen Druck und das Drehmoment auf der ersten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 306 an der Tellerradwelle zu erzielen. Damit wird also ein zusätzliches regeneratives Drehmoment von der zweiten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 307 auf den Kurbelwellenstumpf ausgeübt.
    • (C) Verlangsamung bei Geschwindigkeiten von mehr als 60 km/h: erfolgt durch den erheblichen Luftwiderstand bei solchen Geschwindigkeiten, unterstützt durch die elektrische Aufladung des Batteriesatzes 304 durch den Motor 317. Energie kann auch hydraulisch im Akkumulator 301 durch die zweite hydrostatische Maschine 307 und hydrostatische Pumpe 308 gespeichert werden, mit einem geringen Beitrag von der ersten hydrostatischen Maschine 306. Die erste hydrostatische Maschine wird bei nahezu Höchstdrehzahl gesteuert, um die Schwungraddrehzahl entlang einer relativ horizontalen
  • Kurve zu erhöhen, siehe 1B, im Vergleich zu der mit Bezug auf niedrigere Drehzahlregenerierung entlang Linie W-X-Y gezeigten Trajektorie.
  • (iv) Standmodus
    • (A) Schwungradvorausladung: Die Belastung des Verbrennungsmotors 313 wird, da er mit der 56 ccm Verstellpumpe/Motorkombination 307 verbunden ist, durch die Taumelscheibenwinkel von beiden hydrostatischen Maschinen gesteuert. Ca. 3,5 kW stehen vom Motor ohne zusätzlichen Kraftstoffverbrauch über den Kraftstoffverbrauch im Leerlauf von 1,6 l/h hinaus zur Verfügung. Dies stellt eine Energieübertragung von 3,5 kJ/Sek. in die erste hydrostatische Pumpe/Motorkombination 306 für erwartungsgemäß 50 Sekungen dar, um das Schwungrad von einem früheren Halt zu ergänzen. Allgemein gesagt, wird die Leerlaufladung nur an Bushaltestellen eingesetzt, und beim ursprünglichen Start können wesentlich höhere Energiemengen verwendet werden. Die Energie des Kraftstoffverbrauchs des Verbrennungsmotors im Leerlauf beträgt 3,5 kW und ist mehr als ausreichend, das Schwungrad auf der Spitzendrehzahl von 5500 rpm zu halten.
    • (B) Akkumulatoraufladung: wird entsprechend durch Verwendung von Energie vom Verbrennungsmotor 313 vorgesehen, der die zweite hydrostatische Maschine 307 antreibt zu pumpen und den Akkumulator 301 mit Druck auszustatten.
    • (C) Batterieaufladung: erfolgt im Allgemeinen über Netzstrom und nicht über ein internes Stromelement des Hybridantriebssystems.
  • Ein in Übereinstimmung mit der Erfindung konfiguriertes Hybridantriebssystem bietet eine hohes Maß an Flexibilität, wie die obige Beschreibung der verschiedenen Betriebsmodi darlegt. Die Energiespeicherkapazität des 70-l-Akkumulators ist 500 kJ, die des Schwungrads beträgt 2 MJ. Die Größe der hydrostatischen Maschinen bestimmt die Drehkraft und damit das Beschleunigungs- bzw. Verlangsamungstempo. Die Verteilung der Energie zu bzw. von den beiden Energiespeichervorrichtungen ist jedoch relativ unabhängig von den Drehkraftwerten. Höhere Drehkraftwerte nutzen vorzugsweise eher das Schwungrad als den hydrostatischen Akkumulator zur Energiespeicherung.
  • Die Energiespeicherung im Schwungrad ist sehr effizient, wenn die erste hydrostatische Pumpe/Motorkombination 306 nahe Nulldrehzahl ist, ebenso wie die Benutzung des Schwungrads, wenn die Pumpe/Motorkombination im Stillstand gehalten und das Automatikgetriebe im vierten Gang gesperrt wird. Wenn die Drehzahl der ersten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination niedrig ist, kann die Energie aus dem Schwungrad zumeist mechanisch entnommen werden. Wenn die leistungsstärkste Methode der Energieentnahme aus dem Schwungrad erwünscht ist, kann die Energie aus dem Schwungrad entnommen werden, wenn die Drehzahl der ersten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination positiv ist, indem das Motordrehmoment über den hydrostatischen Kreis auf die erste hydrostatische Pumpe/Motorkombination übertragen wird. Damit kann die gesamte Schwungradenergie mit einem Wirkungsgrad von ca. 85% extrahiert werden, jedoch mit einer Begrenzung des Drehkraftwerts, die von der Drehkraft der ersten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination bei maximalem hydraulischem Druck bestimmt wird.
  • Der Leerlauf-Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors 313 wird erfolgreich ausgenutzt, um Akkumulator und/oder Schwungrad für längere Aufenthalte (über 60 Sekunden) aufzuladen. Der Verbrennungsmotor wird vorzugsweise bei nahezu maximaler Drehkraft ausgenutzt, und im vierten Gang bei durchschnittlicher Belastung stammt die Übergangsenergie entweder vom hydrostatischen System oder vom Schwungrad. Andauernde Hochleistung kann bei 60 km/h erzielt werden, wenn das Automatikgetriebe 314 in den dritten Gang geschaltet wird oder indem der Batteriesatz 304 zur Versorgung des Elektromotors verwendet wird, was ca. 30 kW ergibt.
  • Bei regenerativem Betrieb des Systems werden die hydrostatischen Maschinen und das Schwungrad verwendet, wenn die Energieübertragung am effizientesten ist und wenn die Merkmale der Drehzahlen übereinstimmen. Der Kraftstoffverbrauch wird erheblich verbessert, da der Verbrennungsmotor immer mit einer Effizienz von mehr als 22% arbeitet, die hydrostatische Maschine mit mehr als 87% und das Schwungrad mit ca. 90%.
  • 8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Hybridantriebssystems, das gegenüber dem in 6 dargestellten System modifiziert wurde und besonders für hohe Dauerfahrtgeschwindigkeiten geeignet ist, wo es wichtig ist, die mit der zweiten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 327 verbundenen Verluste zu beseitigen. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein modifiziertes Sammelgetriebe 328 auf die dem Verbrennungsmotor 313 gegenüberliegende Seite des Automatikgetriebes 314 verschoben, im Vergleich mit dem ersten Sammelgetriebe 310 des in 6 dargestellten Ausführungsbeispiels. Dies wird durch die Aufnahme eines weiteren Getriebes zur Kopplung der zweiten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 327 und des Elektromotors 317 an den Kurbelwellenstumpf 315 erleichtert. Das modifizierte Sammelgetriebe 328 bietet ein Getriebeverhältnis von 1,25 : 1 zwischen der zweiten hydrostatischen Maschine 327 und dem Kurbelwellenstumpf 315 und entsprechend ein Verhältnis von 1,25 : 1 zwischen dem Elektromotor 317 und der zweiten hydrostatischen Maschine 327. Das ist eine praktische Anordnung, wenn das geschwindigkeitsändernde Getriebe ein Automatikgetriebe umfasst, denn die mit dem internen Drehmomentwandler verbundenen Verluste werden beseitigt, wenn er nicht gesperrt ist. Die erste hydrostatische Pumpe/Motorkombination 306 ist eine Verstellmaschine A4VSO mit 71 ccm, hergestellt von Rexroth, während die zweite hydrostatische Pumpe/Motorkombination 327 ebenfalls eine A4VSO Verstellmaschine mit bis zu 71 ccm ist. Pumpe 308 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Hochdruck-Konstant- oder Verstellpumpe.
  • In 9 ist ein weiter modifiziertes, fünftes Ausführungsbeispiel gezeigt, das die zweite Form der Erfindung betrifft, wobei das Fluidantriebeslement (wie in 8 gezeigt) durch einen zweiten Elektromotor, vorzugsweise einen Wechselstrommotor 335, im elektrischen Antriebselement ersetzt wird. Der Wechselstrommotor wird mit dem Umlaufgetriebe 321 und damit indirekt mit dem Schwungrad 303 und dem Kurbelwellenstumpf 315 gekoppelt. Da elektrische Wechselstrommotoren die Fähigkeit haben, beim Wechsel von positiver auf negative Drehzahl und umgekehrt (ähnlich wie eine hydrostatische Maschine) dieselbe Drehkraft beizubehalten, wird ein Vierquadrant-Wechselrichter 334 und Wechselstromantriebsmotor 335 von geeigneter Größe und Drehkraftleistung, wie etwa 400 Nm oder mehr von 0 auf 4000 rpm, an ein Tellerrad des Umlaufgetriebes 321 angeschlossen. Der Wechselstromanteil des Elektroantriebs (335,334) kann auch als Generator zum Aufladen des Batteriesatzes 304 und zur Versorgung des Gleichstrommotors 317, der mit dem Kurbelwellenstumpf 315 verbunden ist, fungieren, d.h. entlang Linie S-S' in 1B, während die Tellerraddrehzahl negativ ist. Für den Rest der Linie (d.h. positiver Drehzahlpfad S'-T) arbeitet die Wechselstrommaschine 335 als Motor, um dem Schwungrad Energie zu entnehmen. Die umgekehrte Situation gilt für Regenerierung, d.h. die Wechselstrommaschine 335 arbeitet als Generator entlang Linie W-X und als Motor entlang Linie X-Y. Der Gleichstrommotor 317 kann für einen Teil von Linie W-X in 1B ebenfalls als Generator arbeiten.
  • Das Hybridsystem des fünften Ausführungsbeispiels ist relativ einfach und hat mehrere Vorteile, einschließlich leisem Betrieb, weniger Bauteile und eines kleineren Schwungrades, wenn ein geeignetes hochtouriges Umlaufgetriebe entwickelt und hergestellt wird. Da Wechselstrommotoren zu hohen Drehzahlen fähig sind, könnte eine höhere Drehzahlnennleistung für das Tellerrad zur Verringerung der Größe von Motor und Schwungrad vorteilhaft sein. Wenn am Schwungrad 303 eine mechanische Bremse 333 hinzugefügt wird, kann der Wechselstrommotor 335 zusätzliche Energie für Steigungen oder Beschleunigung liefern, wenn alle Energie vom Schwungrad entnommen worden ist. Zu den Nachteilen gehören jedoch höhere Kosten, die Erfordernis eines höhertourigen Umlaufgetriebes (beispielsweise 10 000 rpm Tellerraddrehzahl) oder eine zusätzliche Untersetzung, ein Lade-Entladezyklus im Batteriesatz für jede Beschleunigung bzw. Verlangsamung, eine Bremse am Tellerrad zur Verringerung des Energieverbrauchs bei Schwungradbelastungsnivellierung bei hügeligem Gelände, eine verringerte Effizienz der Schwungradspeicherung, da der Wechselstromantrieb nicht so effizient ist wie das hydrostatische Antriebselement bei Tellerraddrehzahlen nahe Null, wo der Energiebedarf des Busses hoch ist. Obwohl der Wechselstromantrieb geringere Verluste hätte, wenn das Fahrzeug steht und das Schwungrad auf hohen Drehzahlen ist, muss die Energie von der Batterie geliefert werden. Andere Ausführungsbeispiele könnten statt des Wechselstromantriebs auf dem Umlaufgetriebe einen Gleichstromantrieb benutzen. In einem Oberleitungsbus könnte der Elektorantrieb zumindest für einen Teil des Betriebs von einer geeigneten Oberleitungskette geliefert werden.
  • Der Betrieb der Antriebssteuervorrichtung, die den Mikrosteuerschalter 322 und die Speichereinheit 323 umfasst, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Steuerablaufpläne in 10, 11A, 11B und 12 beschrieben, die sich auf das vierte Ausführungsbeispiel beziehen. Dieses Ausführungsbeispiel ist als das in 6 dargestellte Beispiel zu verstehen, nachdem es durch die Anordnung der in 8 dargestellten Antriebselemente modifiziert wurde. Die Steueralgorithmen sind Beispiele eines Verfahrens zur Steuerung eines Hybridantriebssystems der zweiten Form der Erfindung. Die Antriebssteuervorrichtung steuert die Antriebselemente, aus denen Strom und Energie entnommen bzw. an die es geliefert wird, sowie welchen Pfad Strom oder Energie innerhalb des Hybridantriebssystems nehmen. Es versteht sich, dass die Verfahren iterativ sind und auf Änderungen im Energiebedarf, Antriebssystemzustand und Fahrzeugbetriebsmodus, wie unten beschrieben, reagieren. In den beigefügten Ablaufplänen werden mitunter aus praktischen Gründen die folgenden Abkürzungen benutzt:
    „Pumpe/Motor A" = erste hydrostatische Pumpe/Motorkombination 306, gekoppelt mit Umlaufgetriebe 321;
    „Pumpe/Motor B" = zweite hydrostatische Pumpe/Motorkombination 327, gekoppelt mit dem ersten Sammelgetriebe 328;
    „Pumpe C" = hydrostatische Pumpe 308.
  • 10 zeigt einen Übersichtsablaufplan für einen typischen Steueralgorithmus, der eine primäre Eingabe hat, nämlich das Eingabesignal DO vom Fahrzeugführer in Form einer Anforderung von positiver Energie, d.h. Energie, die den Fahrzeugrädern zugeführt wird. Das kann eine Aufforderung zur Beschleunigung, Dauerfahrt oder zum Abbremsen des Fahrzeugs (negative Energie) sein oder eine Null-Aufforderung. In Schritt 401 wird daher ermittelt, ob die Aufforderung negativ 402 ist, keine 403 (Fahrzeug steht) oder positiv 404. Der vorliegende Ablaufplan sorgt dann für einen geeigneten Steueralgorithmus für die Null-Energieaufforderung 403. Die in Bezug auf eine positive Energieaufforderung (1) und eine negative Energieaufforderung (2) gezeigten Anschlüsse werden dann auf 11A bzw. 12 fortgeführt.
  • (0) Keine Aufforderung
  • Wenn das Fahrzeug steht und keine Aufforderung DO vom Fahrzeugführer ergeht, wird die Schwungraddrehzahl SF ermittelt 405. Wenn es nicht die Höchstdrehzahl ist, wird der Elektromotor 317 abgeschaltet und der Taumelscheibenwinkel AS2 der zweiten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 327 auf Null gestellt 406. Das Automatikgetriebe 314 wird dann in Leerlaufstellung gebracht und die Leerlaufenergie des Verbrennungsmotors 313 genutzt, um die Drehzahl des Schwungrads 303 zu erhöhen (oder zu erhalten). Dies wird durch Energieübertragung über den Hydraulikkreis erzielt, der aus der unmittelbar mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Konstantpumpe 308 und der mit dem Umlaufgetriebe 321 verbundenen und dadurch mit dem Schwungrad 303 gekoppelten Verstellpumpe/Motorkombination 306 besteht.
  • Wenn das Schwungrad auf Höchstdrehzahl ist, wird der Akkumulatordruck PA geprüft 409. Wenn der Akkumulator nicht voll ist, kann die Leerlaufenergie des Verbrennungsmotors zum Aufladen 410 des Akkumulators unter Nutzung der hydrostatischen Pumpe 308 genutzt werden. Wenn das Schwungrad auf Höchstdrehzahl und der Akkumulator voll ist, wird der Verbrennungsmotor in den Leerlauf (keine Belastung) 411 gestellt, welcher eine „Sicherheitsstellung" ist. Anschließend werden alle Pumpen/Motoren auf Taumelscheibe Null gestellt und der Elektromotor 317 wird abgeschaltet 412.
  • (1) Positive Energieaufforderung
  • In den 11A und 11B sind Übersichtsablaufpläne für einen typischen Steueralgorithmus dargestellt, welcher ein Beispiel eines Verfahrens zur Steuerung des Hybridantriebssystems ist, wenn eine Anforderung von Antrieb vorliegt, gleichgültig ob zur Dauerfahrt oder Beschleunigung, d.h. einer Anforderung von positiver Energieabgabe an die Räder des Fahrzeugs. In einigen nachstehend erläuterten Beispielen wird die Wahl, welches Antriebselement benutzt wird, als vom Antriebssystemzustand abhängig beschrieben. Der Systemzustand wird mit einer Reihe von Parametern ermittelt, einschließlich der in Akkumulator 301, Schwungrad 303 bzw. Batteriesatz 304 gespeicherten Energiemengen, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Drehzahlen von Verbrennungsmotor, hydrostatischem und Elektromotor sowie des aktuellen Fahrzeugbetriebsmodus, welche von Mikrosteuerschalter 322 abgerufen werden. Auf der Grundlage dieser Informationen werden ein oder mehrere Antriebselemente zum Antrieb des Fahrzeugs gewählt. Die Energie (oder Drehkraft), die von den Antriebselementen erzeugt wird, wird ebenfalls von dem Aufforderungssignal DO von der Fahrzeugführerkonsole abhängig gemacht.
  • Der erste Schritt 413 ist die Prüfung der Schwungraddrehzahl SF, um festzustellen, ob im Schwungrad Energie vorhanden ist, die zu Beschleunigung/Antrieb des Fahrzeugs genutzt werden kann.
    • (a) Schwungradenergie verfügbar: 11A zeigt den Algorithmus, der benutzt wird, wenn Schwungradenergie verfügbar ist. Wenn Energie verfügbar ist, wird die Drehzahl der ersten hydrostatischen Pumpe/Motorkombination 306 geprüft 414, um festzustellen, ob sie positiv oder negativ ist, siehe Drehzahlkarte in 1B. Bei der Fahrzeugbeschleunigung ändert sich die Drehzahl der ersten Pumpe/Motorkombination 306 von negativ auf positiv, da die Fahrzeuggeschwindigkeit zu- und die Schwungraddrehzahl abnimmt. Die erste hydrostatische Maschine 306 arbeitet ohne Änderung des Taumelscheibenwinkels AS1 bei negativer Drehzahl als Pumpe und bei positiver Drehzahl als Motor. Wenn Pumpe/Motor 306 auf Nulldrehzahl ist, sollte vorzugsweise Maximaldruck im Akkumulator 301 vorliegen, so dass die gespeicherte Energie zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt werden und dem Schwungrad 303 beim Beschleunigen des Fahrzeugs weitere Energie entnommen werden kann.
  • Wenn die Drehzahl (Rotation) der ersten hydrostatischen Maschine 306 negativ ist (was wahrscheinlich ist, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig und die Schwungraddrehzahl hoch ist), arbeitet die Maschine als Pumpe 415, wobei der Taumelscheibenwinkel AS1 von der Beschleunigungsaufforderung DO abhängig ist. Das Öl von Maschine 306 kann entweder zur zweiten hydrostatischen Maschine 327 fließen, die als Motor arbeitet, und/oder zum Akkumulator 301. Die Drehzahl der ersten Maschine 306 wird geprüft 416, und falls sie niedrig und die Energie im Akkumulator niedrig ist, wird die gesamte Energie auf den Akkumulator übertragen, anstatt über die zweite hydrostatische Pumpe/Motorkombination 327 mit dem Fahrzeug geteilt zu werden. Dies wird über die Einstellung des Taumelscheibenwinkels AS2 der zweiten Pumpe/Motorkombination 327 auf Null 417 erreicht, da diese nicht benutzt wird. Wenn der maximale Taumelscheibenwinkel von Pumpe A erreicht ist 418 und vom Fahrzeugführer weitere Energie angefordert wird, kann die Energie entweder vom Elektromotor 317 oder vorzugsweise vom Verbrennungsmotor 313 hinzugefügt werden. Dann wird das Automatikgetriebe 314 eingekuppelt und die Drosselklappe OT am Verbrennungsmotor geöffnet 419, so dass nun Energie vom Verbrennungsmotor hinzugefügt wird. Wenn die maximale erwünschte Motorleistung erreicht ist und weitere Energie vom Fahrzeugführer angefordert wird 420, kann Energie elektrisch 421 vom Elektromotor hinzugefügt werden.
  • Wenn die erste hydrostatische Maschine 306 als Pumpe arbeitet und die zweite hydrostatische Maschine 327 als Motor und das Akkumulatorsteuerventil 305a offen ist, fließt Öl in die Antriebsmaschine 327 und zum Akkumulator 301, bei Schritt 422. Wenn die zweite hydrostatische Maschine 327 auf niedriger Drehzahl ist, fließt der größte Teil des Öls von der Pumpmaschine 306 zum Akkumulator 301. Wenn sich dann die Drehzahl der zweiten Maschine 327 erhöht, fließt mehr Öl durch sie hindurch, statt zum Akkumulator zu fließen. Wenn maximale hydrostatische Energie übertragen 423 und weitere Beschleunigung angefordert wird, kann Energie vom Verbrennungsmotor hinzugefügt werden, indem das Automatikgetriebe eingekuppelt und die Drosselklappenöffnung des Verbrennungsmotors vergrößert wird 424.
  • Wenn die Drehzahl (Rotation) der ersten Pumpe/Motorkombination 306 positiv ist, muss sie als Motor arbeiten, um das Fahrzeug zu beschleunigen 425. Wenn Energie im Akkumulator 301 ist, wird die zweite Pumpe/Motorkombination 327 gewöhnlich nicht benutzt 426. Dann wird die Energie im Akkumulator 427 zum Antrieb des ersten Motors 306 benutzt, sofern der Akkumulatordruck nicht sehr hoch ist 428. Der Taumelscheibenwinkel AS1 der ersten Pumpe/Motorkombination 306 hängt von der Beschleunigungsaufforderung DO ab. Wenn der maximale Taumelscheibenwinkel der ersten Pumpe/Motorkombination 306 erreicht ist 429 und vom Fahrzeugführer weitere Beschleunigung angefordert wird, kann Energie entweder vom Elektromotor oder vom Verbrennungsmotor hinzugefügt werden. Dann wird das Automatikgetriebe eingekuppelt und die Drosselklappe am Verbrennungsmotor geöffnet, so dass nun Energie vom Verbrennungsmotor hinzugefügt wird 419. Wenn die maximale erwünschte Motorleistung erreicht ist und weitere Energie vom Fahrzeugführer angefordert wird, kann Energie elektrisch 421 hinzugefügt werden.
  • Wenn im Akkumulator keine Energie zum Antrieb der ersten Pumpe/Motorkombination 306 vorhanden ist, arbeitet die zweite hydrostatische Maschine 327 als Pumpe 430 in einem geschlossenen Kreis mit der ersten Pumpe/Motorkombination. Das Automatikgetriebe wird eingekuppelt und die Drosselklappe des Verbrennungsmotors weiter geöffnet 431. Dann kann Energie vom Verbrennungsmotor entweder unmittelbar zum Kurbelwellenstumpf gehen, um das Fahrzeug anzutreiben, oder zur zweiten Pumpe/Motorkombination 327 und ersten Pumpe/Motorkombination 306, um dem Schwungrad Energie zu entnehmen, um das Fahrzeug zu beschleunigen oder anzutreiben. Energie kann nach Bedarf auch durch den Elektromotor 317 hinzugefügt werden 432.
    • (b) Schwungradenergie nicht verfügbar: 11B veranschaulicht im Anschluss an 11A eine Situation, wo keine Schwungradenergie verfügbar ist. Wenn im Schwungrad keine Energie vorhanden ist, wird der Taumelscheibenwinkel der ersten Pumpe/Motorkombination 306 auf Null gestellt und sie wird nicht betrieben 434, nachdem der Systemzustand ermittelt wurde 433. Ladezustand von Batteriesatz 304 und Akkumulator 301 werden geprüft und das Antriebselement für die Beschleunigung wird ausgewählt 435. Wenn Energie im Akkumulator vorhanden ist, wird die zweite hydrostatische Maschine 327 als Motor betrieben 436, um das Fahrzeug anzutreiben, wobei ihr der Vorzug vor dem Elektromotor 317 gegeben wird. Daher wird der Taumelscheibenwinkel AS2 je nach der Beschleunigungsaufforderung variiert 437. Wenn der Taumelscheibenwinkel nicht auf der Maximaleinstellung ist 438, wird die Leerlaufenergie des Verbrennungsmotors 313 über die hydrostatische Pumpe 308 auf das Fahrzeug übertragen 439, was den Ölfluss steigert und zur Erhaltung des Akkumulatordrucks 301 beiträgt. Wenn der maximale Taumelscheibenwinkel bei Schritt 438 erreicht ist und weitere Beschleunigung angefordert wurde, wird das Automatikgetriebe eingekuppelt und die Drosselklappe des Verbrennungsmotors weiter geöffnet 440. Wenn die maximale erwünschte Motorleistung erreicht ist 441 und weitere Energie vom Fahrzeugführer angefordert wird, kann Energie falls verfügbar vom Elektroantriebselement hinzugefügt werden 442.
  • Wenn im Akkumulator 301 keine Energie vorhanden ist, wird Energie vom Batteriesatz 304 und dem Verbrennungsmotor 313 geliefert 443. Das Akkumulatorventil 305a wird geschlossen und der Taumelscheibenwinkel der zweiten Pumpe/Motorkombination 327 auf Null gestellt, da sie nicht genutzt wird 444. Abhängig vom Ladezustand 445 der Batterien, wird Enerige entweder vom Elektromotor oder vom Verbrennungsmotor oder von beiden zusammen hinzugefügt 446. Wenn der Ladezustand der Batterien hoch ist, wird der Elektromotor zuerst benutzt. Wenn bereits maximale elektrische Energie zugeführt wird, wird dann der Verbrennungsmotor zur Ergänzung benutzt. Wenn der Ladezustand der Batterien niedrig ist, wird der Verbrennungsmotor zuerst benutzt und Batterieenergie nur dann hinzugefügt, wenn zusätzliche Energie notwendig wird. Die Energie aus den Batterien ist begrenzt, wenn ihr Ladezustand sehr niedrig ist.
  • (2) Negative Energieaufforderung
  • 12 zeigt einen Übersichtsablaufplan eines typischen Steueralgorithmus, der ein Beispiel eines Verfahrens zur Steuerung des Hybridantriebssystems ist, wenn eine Bremsaufforderung eingeht, d.h. eine negativer Energieanforderung an die Fahrzeugräder. Bei negativen (Brems)Betrieb, kann Energie entweder im Schwungrad 303, dem hydrostatischen Akkumulator 301 oder im Batteriesatz 304 gespeichert werden. Zunächst wird die Drehzahl des Schwungrads 303 geprüft 450.
    • (a) Schwungrad nicht auf Höchstdrehzahl: Wenn das Schwungrad nicht auf Höchstdrehzahl ist, kann Energie darin gespeichert werden. Dieser Vorgang wird gesteuert, indem zuerst die erste hydrostatische Maschine 306 als Pumpe betrieben wird, wenn ihre Drehzahl positiv ist, oder als Motor, wenn ihre Drehzahl negativ ist. Dementsprechend wird die Drehzahl (Rotation) der ersten Pumpe/Motorkombination 306 geprüft 451, und wenn sie positiv ist (typischerweise, wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt und die Drehzahl des Schwungrads niedrig ist), wird die erste hydrostatische Maschine 306 als Pumpe betrieben 452. Der Ölfluss lädt den Akkumulator 301 auf, und auch im Schwungrad 303 wird Energie gespeichert. Der Taumelscheibenwinkel AS1 von Maschine 306 ist abhängig von der Bremsaufforderung vonseiten des Fahrzeugführers.
  • Der Taumelscheibenwinkel wird überwacht 453 und wenn er nicht auf Höchstwert ist, brauchen die zweite hydrostatische Maschine 327 und der Elektromotor 317 nicht benutzt zu werden 454, da die erste Pumpe/Motorkombination 306 dem Fahrzeug ausreichend Bremskraft liefert. Der Verbrennungsmotor 313 ist im Leerlauf und das Getriebe 314 daher in Leerlaufstellung (die Leerlauf-Kraftstoffenergie könnte mittels der hydrostatischen Pumpe 308 zur zusätzlichen Aufladung des Akkumulators ausgenutzt werden). Wenn der Taumelscheibenwinkel von Pumpe/Motor 306 einen Höchstwert erreicht hat und weitere Bremskraft angefordert wird, kann Energie entweder im Akkumulator gespeichert werden, indem die zweite hydrostatische Maschine 327 als Pumpe arbeitet, oder in den Batterien, indem die elektrische Maschine 317 als Generator eingesetzt wird. Entsprechend wird der Systemzustand überprüft 455 und auf dieser Basis ein Regenerativmodus ermittelt 456, wie in Schritt 457 und 458 von 12 kurz dargelegt. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit beispielsweise hoch ist, wird die zweite hydrostatische Maschine 327 im Allgemeinen nicht benutzt, und die Regenerierungsenergie wird den Batterien 304 zugeleitet. Bei hoher Bremskraftanforderung könnten dagegen sowohl die zweite hydrostatische Maschine 327 als auch die elektrische Maschine 317 eingesetzt werden. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist, oder die Drehzahl der Elektromaschine nicht hoch genug, um Energie in den Batterien zu speichern, wird die Elektromaschine nicht eingesetzt, und die zweite hydrostatische Maschine 327 arbeitet als Pumpe, um Energie im Akkumulator 301 zu speichern.
  • Wenn die Drehzahl von Pumpe/Motor 306 negativ ist (typischerweise wenn das Fahrzeug langsam fährt und die Schwungraddrehzahl mittel bis hoch ist), muss die erste hydrostatische Maschine 306 als Motor arbeiten 459. Die Elektromaschine 317 wird nicht zur Regenerierung eingesetzt 460, da ihre Drehzahl dann im Allgemeinen zu niedrig ist, um genügend Spannung zum Aufladen des Batteriesatzes zu erzeugen. Der Bremsvorgang wird durch die Veränderung der Taumelscheibenwinkel der ersten Pumpe/Motorkombination 306 und zweiten Pumpe/Motorkombination 327 reguliert 463 (erste hydrostatische Maschine arbeitet als Motor und zweite hydrostatische Maschine arbeitet als Pumpe). Das kann entweder im geschlossenen Kreismodus (ohne Akkumulator) erfolgen oder im offenen Kreismodus (mit Akkumulator). Das wird durch den Energiestand des Akkumulators bestimmt 461, die relativen Drehzahlen von Pumpe/Motor 306 und Pumpe/Motor 327 und die Drehkraftaufforderung vonseiten des Fahrzeugführers. Wenn das System mit Akkumulator arbeitet, kann der Verbrennungsmotor 313 dem Akkumulator über die hydrostatische Pumpe 308 Energie hinzufügen 462. Wenn es ohne Akkumulator arbeitet, wird der Verbrennungsmotor im Allgemeinen in Leerlaufstellung gestellt.
    • (b) Schwungrad auf Höchstdrehzahl: Wenn das Schwungrad auf Höchstdrehzahl ist, wird der Taumelscheibenwinkel der ersten hydrostatischen Maschine 306 auf Null gestellt 464 und keine Energie auf das Schwungrad 303 übertragen. Regenerierung kann nur in die Batterien oder den Akkumulator erfolgen, obwohl es unwahrscheinlich ist, dass Regenerierung in die Batterien möglich wäre, da die Fahrzeuggeschwindigkeit (und damit die Drehzahl des Elektromotors) niedrig ist, da das Schwungrad normalerweise auf Höchstdrehzahl sein sollte, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit nahe Null ist, außer bei langen Gefällefahrten.
  • Bremsenergie kann entweder im Akkumulator 301 gespeichert werden, indem die zweite hydrostatische Maschine 327 als Pumpe eingesetzt wird, oder in den Batterien, indem der Elektromotor/Generator als Generator eingesetzt wird. Wiederum wird der Systemzustand überprüft 465 und auf dieser Basis ein Regenerativmodus bestimmt 466. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist (unwahrscheinlich, wenn das Schwungrad auf Höchstdrehzahl ist), wird die zweite hydrostatische Maschine 327 im Allgemeinen nicht verwendet und die Regenerierungsenergie wird in die Batterien übertragen. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist oder die Elektromotordrehzahl nicht hoch genug wäre, um Energie in den Batterien zu speichern, wird der Elektromotor nicht eingesetzt (außer wenn es eine Wechselstrommaschine ist), und dann arbeitet die zweite hydrostatische Maschine 327 als Pumpe, um Energie im Akkumulator zu speichern.
  • Das Antriebssystem der Ausführungsbeispiele der zweiten Form der Erfindung hat mehrere Vorteile gegenüber bisher bekannten Anordnungen für den Transitbetrieb. Wenn der Fahrzeugführer sehr hohe Beschleunigung anfordert, können Schwungrad, Akkumulator, Verbrennungsmotor und Batterie alle eingesetzt und nacheinander in Betrieb genommen werden, wenn der Energiebedarf steigt oder die verfügbare Energie aus Schwungrad und Akkumulator abnimmt. Diese Situation tritt vor allem dann auf, wenn die Geschwindigkeit 40 km/h überschreitet, wo hohe Leistung erforderlich ist. Akkumulatorenergie kann, wenn verfügbar, bei jeder Fahrzeuggeschwindigkeit benutzt werden, um den Energiebedarf aus Verbrennungsmotor oder Batterie zu verringern. Elektromotor und Batteriesatz sorgen dafür, dass elektrische Energie benutzt werden kann, vorzugsweise, wenn die Motordrehzahl der mittleren bis hohen Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht. Das Antriebssteuersystem wird vorzugsweise so angeordnet zu gewährleisten, dass Batteriestrom normalerweise nur dann eingesetzt wird, wenn der Drehmomentwandler gesperrt ist. Regenerierung kann bei allen Geschwindigkeiten über 50 km/h und 30–40 kW Energiestufen erzielt werden. Sie kann auch im Schwungradregenerierungsmodus benutzt werden, wenn die Drehzahl der ersten hydrostatischen Maschine positiv und der Akkumulator voll ist.
  • Die in dieser Beschreibung bezüglich der verschiedenen Antriebselemente für die zweite Form der Erfindung genannten Bauteilgrößen gelten für einen Omnibus von 10 bis 12 Tonnen. Bauteilgrößen für andere Busgrößen können linear in Übereinstimmung mit vorgesehenem Fahrzeuggesamtmasse skaliert werden, wenn die normale Höchstgeschwindigkeit 100 km/h beträgt. Die Beschleunigungsleistung steigt nach dem Verhältnis von maximaler kinetischer Energie des Busses, und ein Bus von fast zweifacher Masse bei 75 km/h hat etwa dieselbe Energie wie der kleinere Bus bei 100 km/h.
  • Unseres Wissens ist das Antriebssystem der Erfindung das erste, bei dem bis zu vier verschiedene verfügbare Energiequellen für den Fahrzeugantrieb vorsehen sind. Das Antriebssystem erbringt seine Leistung in allen möglichen Betriebsbedingungen des Omnibustransitverkehrs in allen größeren Stadtbezirken. Das System ist so vielseitig, dass beim Betrieb mit geringeren Ansprüchen auf den Einbau von einigen Bauteilen verzichtet werden kann. Diese Ansprüche beziehen sich beispielsweise auf geringere Höchstgeschwindigkeit, geringeren Beschleunigungsbedarf, ebene Fahrstraßen oder wenn ein angemessenes Netz von Batterieladestationen verfügbar ist. Diese Vielseitigkeit verringert die Kapitalkosten des Fahrzeug, während die Betriebsanforderungen bei minimalem Energieverbrauch erhalten bleiben. Sie ermöglicht außerdem die Ausnutzung der bevorzugten und effizientesten Energiequelle und ein ausgeglichenes Verhältnis zwischen Energie aus dem Stromnetz und (flüssigem oder gasförmigem) Fluidkraftstoff für den Verbrennungsmotor.
  • Diese Modulbauweise des Antriebssystems kann des Weiteren in den folgenden Beispielkonfigurationen veranschaulicht werden:
    • (I) System mit Batterie – hydrostatischem Akkumulator – Schwungrad für den Innenstadtbezirk, wo schnelle Aufladegelegenheiten bestehen;
    • (II) System mit Flüssigkraftstoff (Verbrennungsmotor) und Schwungrad für Langstreckenbetrieb des Omnibusses ohne Benutzung von Batterie oder Akkumulator; oder
    • (III) System mit Flüssigkraftstoff (Verbrennungsmotor) – Schwungrad – Batterie (mit Wechselstromantrieb), jedoch ohne hydrostatische Maschinen oder Akkumulator.

Claims (23)

  1. Hybridantriebssystem (100) zur Verwendung im Fahrzeugbetrieb, bestehend aus: (a) einem energiespaltenden mechanischen Getriebe (108) zur Kopplung an einen Kurbelwellenstumpf (115) des Fahrzeugs; (b) einem ersten Antriebselement (110), das zum Regenerativbetrieb angeordnet und mit dem energiespaltenden mechanischen Getriebe (108) gekoppelt ist; (c) einem zweiten Antriebselement (105), das zum Regenerativbetrieb angeordnet und unabhängig vom ersten Antriebselement (110) mit dem energiespaltenden mechanischen Getriebe (108) gekoppelt ist; (d) einem nicht regenerativen dritten Antriebselement (113) zur Kopplung an den Kurbelwellenstumpf (115); und (e) einer Antriebssteuervorrichtung (122) zur Koordinierung des Betriebs der Antriebselemente (105, 110, 113) in Übereinstimmung mit einer Vielzahl von vorgegebenen Modi, die einem Fahrzyklus des Fahrzeugs entsprechen; dadurch gekennzeichnet, dass das nicht regenerative dritte Antriebselement (113) dauernd parallel mit dem energiespaltenden mechanischen Getriebe (108) an den Kurbelwellenstumpf (115) gekoppelt ist; und das erste, zweite und dritte Antriebselement (110, 105, 113) jeweils einen unterschiedlichen Typus von Energiespeichervorrichtungen (102, 101, 103) umfasst.
  2. Hybridantriebssystem nach Anspruch 1, wobei das energiespaltende mechanische Getriebe (108) ein Umlaufgetriebe (108) umfasst, das ein Tellerrad (119) auf einer ersten Welle, ein Sonnenrad (118) auf einer zweiten Welle und einen Planetenradträgeraufbau (117) auf einer dritten Welle aufweist.
  3. Hybridantriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Antriebssteuervorrichtung (122) einen Mikrosteuerschalter (122) umfasst, der über Schnittstellen mit einer Serie von Statusmesswandlern und einer Serie von Steuervorrichtungen verbunden ist, welche bestimmten Bauteilen des Antriebssystems (100) zugeordnet sind.
  4. Hybridantriebssystem nach Anspruch 3, wobei der Mikrosteuerschalter (122) eine Speichervorrichtung (123) umfasst, in der von den den Antriebselementen jeweils zugeordneten Statusmesswandlern empfangene Signale gespeichert werden, die den jeweiligen Betriebsstatus der Antriebselemente anzeigen, während die Speichervorrichtung (123) auch Daten speichert, die die entsprechenden an die Steuervorrichtungen der Antriebselemente abgegebenen Befehlssignale anzeigen, wobei die gespeicherten Statussignaldaten und die gespeicherten Befehlssignaldaten entweder zur bestimmenden oder zur adaptiven Steuerung des Hybridantriebssystems (100) benutzt werden.
  5. Hybridantriebssystem nach Anspruch 1, wobei das energiespaltende mechanische Getriebe (108) ein Umlaufgetriebe (108) umfasst und das Antriebssystem ferner: (A) ein Tellerrad (119) des Umlaufgetriebes (108) umfasst, das zur Kopplung an den Kurbelwellenstumpf (115) angeordnet ist; und (B) das erste Antriebselement (110) mit einem Sonnenrad (118) des Umlaufgetriebes (108) gekoppelt ist; (C) das zweite Antriebselement (105) mit einem Planetenradträgeraufbau (117) des Umlaufgetriebes (108) gekoppelt ist; und (D) das dritte Antriebselement (113) über ein geschwindigkeitsänderndes Getriebe (114) an den Kurbelwellenstumpf (115) gekoppelt ist; wobei das Umlaufgetriebe (108) dem Kurbelwellenstumpf (115) Drehkraft liefert, um das Fahrzeug anzutreiben, oder vom Kurbelwellenstumpf (115) Drehkraft empfängt, um das Fahrzeug zu verlangsamen.
  6. Hybridantriebssystem nach Anspruch 5, wobei: das erste Antriebselement (110) eine Speichervorrichtung für elektrische Energie (103) sowie eine zugeordnete Umwandlungsvorrichtung für elektrische Energie umfasst; das zweite Antriebselement (105) eine Speichervorrichtung für Fluidenergie (101) sowie eine zugeordnete Umwandlungsvorrichtung für Fluidenergie umfasst; und das dritte Antriebselement (113) eine Speichervorrichtung für chemische Energie (102) sowie einen zugeordneten Verbrennungsmotor umfasst.
  7. Hybridantriebssystem nach Anspruch 6, wobei die vorgegebenen Modi, die von der Antriebssteuervorrichtung (122) koordiniert werden, die folgenden Modi umfassen: (i) einen Beschleunigungsmodus, wobei die Umwandlungsvorrichtung für Fluidenergie (105) oder diejenige für elektrische Energie dem Kurbelwellenstumpf (115) Energie zuführt, die nach Bedarf von dem Verbrennungsmotor (113) ergänzt wird; (ii) einen Dauerfahrtmodus, wobei die Umwandlungsvorrichtung für elektrische Energie dem Kurbelwellenstumpf Energie zuführt, die nach Bedarf von dem Verbrennungsmotor (113) ergänzt wird; (iii) einen Verlangsamungsmodus, bei dem die Umwandlungsvorrichtungen für Fluid- (105) und für elektrische Energie regenerativ betrieben werden, um dem Kurbelwellenstumpf (115) Energie zu entziehen und jeweils den Speichervorrichtungen für Fluidenergie (101) bzw. elektrische Energie (103) zuzuführen; und (iv) einen Standmodus, wobei ein ausgewähltes Antriebselement der Speichervorrichtung für Fluidenergie (101) nach Bedarf Energie zur Aufladung zuführt.
  8. Hybridantriebssystem nach Anspruch 1, wobei das energiespaltende mechanische Getriebe ein Umlaufgetriebe (321) umfasst und das Antriebssystem ferner: (A) einen Planetenradträgeraufbau (326) des Umlaufgetriebes (321) umfasst, das zur Kopplung an den Kurbelwellenstumpf (315) angeordnet ist; und (B) das erste Antriebselement mit einem Tellerrad (319) des Umlaufgetriebes (321) gekoppelt ist; (C) das zweite Antriebselement mit einem Sonnenrad (318) des Umlaufgetriebes (321) gekoppelt ist; und (D) das dritte Antriebselement über ein geschwindigkeitsänderndes Getriebe (314) an den Kurbelwellenstumpf gekoppelt ist; wobei das Umlaufgetriebe (321) dem Kurbelwellenstumpf (315) entweder Drehkraft zum Antrieb des Fahrzeugs zuführt oder Drehkraft von dem Kurbelwellenstumpf (315) empfängt, um das Fahrzeug zu verlangsamen.
  9. Hybridantriebssystem nach Anspruch 8, wobei das erste Antriebselement eine Speichervorrichtung für Fluidenergie (301) sowie eine zugeordnete Umwandlungsvorrichtung für Fluidenergie (306) umfasst; das zweite Antriebselement eine Speichervorrichtung für mechanische Energie (303) umfasst; und das dritte Antriebselement eine Speichervorrichtung für chemische Energie (302) sowie einen zugeordneten Verbrennungsmotor (313) umfasst.
  10. Hybridantriebssystem nach Anspruch 9, das ferner ein viertes, für Regenerativbetrieb angeordnetes Antriebselement umfasst, das mit dem Planetenradträgeraufbau (326) gekoppelt ist und eine zweite Umwandlungsvorrichtung für Fluidenergie (307) umfasst, die der Fluidenergiespeichervorrichtung (301) zugeordnet ist.
  11. Hybridantriebssystem nach Anspruch 9, wobei die von der Antriebssteuervorrichtung koordinierten, vorgegebenen Modi folgende umfassen: (i) einen Beschleunigungsmodus, wobei die Speichervorrichtung für mechanische Energie (303) dem Kurbelwellenstumpf (315) Energie zuführt, die von Energie gesteuert wird, die von der Umwandlungsvorrichtung für Fluidenergie (306) entweder zugeführt oder entnommen und nach Bedarf von dem Verbrennungsmotor (313) ergänzt wird; (ii) einen Dauerfahrtmodus, wobei der Verbrennungsmotor (313) dem Kurbelwellenstumpf (315) Energie zuführt, die nach Bedarf durch aus der Speichervorrichtung für mechanische Energie entnommene Energie ergänzt und von der Umwandlungsvorrichtung für Fluidenergie (306) gesteuert wird; (iii) einen Verlangsamungsmodus, bei dem die Umwandlungsvorrichtung für Fluidenergie (306) zur Steuerung des Energierücklaufs vom Kurbelwellenstumpf (315) betrieben wird, um den Speichervorrichtungen entweder für mechanische Energie (303) oder für Fluidenergie (301) Energie zuzuführen; und (iv) einen Standmodus, wobei ein ausgewähltes Antriebselement der Speichervorrichtung für mechanische Energie (303) oder derjenigen für Fluidenergie (301) nach Bedarf Energie zur Aufladung zuführt.
  12. Hybridantriebssystem nach Anspruch 8, wobei das erste Antriebselement eine Speichervorrichtung für elektrische Energie (304) sowie eine zugeordnete Umwandlungsvorrichtung für elektrische Energie (335) umfasst; das zweite Antriebselement eine Spichervorrichtung für mechanische Energie (303) umfasst; und das dritte Antriebselement eine Speichervorrichtung für chemische Energie (302) und einen zugeordneten Verbrennungsmotor (313) umfasst.
  13. Hybridantriebssystem nach Anspruch 12, welches ferner ein mit dem Planetenradträgeraufbau (326) gekoppeltes viertes Antriebselement umfasst, das eine zweite Umwandlungvorrichtung für elektrische Energie (317) umfasst, die der Speichervorrichtung für elektrische Energie (304) zugeordnet ist
  14. Hybridantriebssystem nach Anspruch 12, wobei die von der Antriebssteuervorrichtung koordinierten, vorgegebenen Modi folgende umfassen: (i) einen Beschleunigungsmodus, wobei die Speichervorrichtung für mechanische Energie (303) dem Kurbelwellenstumpf (315) Energie zuführt, die von Energie gesteuert wird, die von der Umwandlungsvorrichtung für elektrische Energie (335) entweder zugeführt oder entnommen und nach Bedarf von dem Verbrennungsmotor (313) ergänzt wird; (ii) einen Dauerfahrtmodus, wobei der Verbrennungsmotor (313) dem Kurbelwellenstumpf (315) Energie zuführt, die nach Bedarf durch aus der Speichervorrichtung für mechanische Energie entnommene Energie ergänzt und von der Umwandlungsvorrichtung für elektrische Energie (335) gesteuert wird; (iii) einen Verlangsamungsmodus, bei dem die Umwandlungsvorrichtung für elektrische Energie (335) zur Steuerung des Energierücklaufs vom Kurbelwellenstumpf (315) betrieben wird, um den Speichervorrichtungen entweder für mechanische Energie (303) oder für elektrische Energie (304) Energie zuzuführen; und (iv) einen Standmodus, wobei ein ausgewähltes Antriebselement der Speichervorrichtung für mechanische Energie (303) oder für elektrische Energie (304) nach Bedarf Energie zur Aufladung zuführt.
  15. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 6, 7, 9 oder 10, wobei die Speichervorrichtung für Fluidenergie (101, 301) mindestens einen hydrostatischen Akkumulator (101, 301) umfasst, und die Umwandlungsvorrichtung für Fluidenergie (105, 306, 307, 308) mindestens eine hydrostatische Pumpe oder einen hydrostatischen Motor (105, 306) und eine hydrostatische Hilfsmaschine (107, 307) umfasst, die mit dem Verbrennungsmotor (113, 313) gekoppelt sind.
  16. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 6, 7, 12, 13 oder 14, wobei die Speichervorrichtung für elektrische Energie (103, 304) einen Batteriesatz (103, 304) und/oder mindestens einen Superkondensator umfasst, während die Umwandlungsvorrichtung eine elektrische Rotationsmaschine und Hilfsrotationsmaschine umfasst, die mit dem Verbrennungsmotor (113, 313) gekoppelt sind.
  17. Hybridantriebssystem nach Anspruch 16, wobei die Umwandlungsvorrichtung für elektrische Energie außerdem einen Festkörper-Energiewandler umfasst.
  18. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Speichervorrichtung für mechanische Energie (303) eine Speichervorrichtung für kinetische Energie, einschließlich mindestens eines Schwungrades (303), umfasst.
  19. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 6, 7, 9, 12 oder 13, wobei die Speichervorrichtung für chemische Energie (102, 302) einen oder mehrere Flüssigkraftstofftanks (102, 302) zur Aufnahme von flüssigem oder gasförmigem Kraftstoff umfasst und der Verbrennungsmotor (313) ein Verbrennungsmotor mit Funken- oder Kompressionszündung ist.
  20. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 19, wobei mindestens eine Welle des Umlaufgetriebes (108, 321) mit einer Bremsvorrichtung (111) gekoppelt ist.
  21. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 20, wobei das geschwindigkeitsändernde Getriebe (114, 314) eine Kupplung und einen Drehmomentwandler umfasst.
  22. Hybridantriebssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 20, wobei das geschwindigkeitsändernde Getriebe (114, 314) ein automatisches Getriebe (114, 314) einschließlich eines Sperr-Drehmomentwandlers, umfasst.
  23. Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebssystems (300) für ein Fahrzeug, wobei das Antriebssystem mindestens zwei Antriebselemente (303, 306) umfasst, die zum Regenerativbetrieb angeordnet und unabhängig voneinander mit einem energiespaltenden mechanischen Getriebe (321) gekoppelt sind, welches seinerseits mit einem nicht regenerativen dritten Antriebselement (313) an einen Kurbelwellenstumpf (315) des Fahrzeugs gekoppelt ist; dadurch gekennzeichnet, dass: das nicht regenerative, dritte Antriebselement (313) dauerhaft parallel mit dem energiespaltenden mechanischen Getriebe (321) an den Kurbelwellenstumpf (315) gekoppelt ist; und die mindestens zwei Antriebselemente (303, 306) und das dritte Antriebselement (313) jeweils Speichervorrichtungen für unterschiedliche Energiearten (301, 302, 303) umfassen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bestimmung des gegenwärtigen Status des Antriebssystems (300) durch Überwachung jedes Antriebselements, einschließlich der jeweiligen Betriebsgeschwindigkeiten und des Energiespeicherstandes; Empfang eines Aufforderungssignals (Do), das die gewünschte Fahrzeugbewegung angibt; und wenn das Aufforderungssignal angibt, dass negativer Radantrieb zum Abbremsen des Fahrzeugs erwünscht ist: Betrieb eines der Rücklaufantriebselemente (303, 306) regenerativ in Übereinstimmung mit dem jetzigen Systemzustand; oder wenn das Aufforderungssignal (Do) anzeigt, dass positiver Radantrieb für Dauerfahrt oder Beschleunigung erwünscht ist: Betrieb eines oder mehrerer der Antriebselemente (303, 306) antreibend in Übereinstimmung mit dem jetzigen Systemzustand; oder wenn das Aufforderungssignal angibt, dass kein Radantrieb erwünscht ist, da das Fahrzeug still steht: Betrieb von ausgewählten Antriebselementen (303, 306) zum Aufladen der Energiespeichervorrichtungen (301, 303), die den Rücklaufantriebselementen (303, 306) zugeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, dass diese Schritte wiederholt ausgeführt werden, um das Antriebssystem (300) zur Optimierung des Betriebs der mindestens zwei Antriebselemente (303, 306) und des dritten Antriebselements (313) zu steuern, um einen erwünschten Systemzustand zu erzielen, der von dem Aufforderungssignal (Do) angegeben wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005027941B4 (de) * 2004-07-01 2015-11-26 Ford Global Technologies, Llc Steuerung eines Antriebsstranges eines Hydraulik-Hybridfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor und einer hydraulischen Pumpe/Motor

Families Citing this family (189)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040173396A1 (en) * 1998-09-03 2004-09-09 Permo-Drive Research And Development Pty. Ltd. Energy management system
AUPP565098A0 (en) * 1998-09-03 1998-09-24 Hbp Permo-Drive Pty Ltd Energy management system
US6554088B2 (en) * 1998-09-14 2003-04-29 Paice Corporation Hybrid vehicles
JP3153527B2 (ja) * 1999-04-05 2001-04-09 本田技研工業株式会社 ハイブリッド自動車の制御装置
US7729831B2 (en) 1999-07-30 2010-06-01 Oshkosh Corporation Concrete placement vehicle control system and method
US7107129B2 (en) * 2002-02-28 2006-09-12 Oshkosh Truck Corporation Turret positioning system and method for a fire fighting vehicle
DE10036504B4 (de) * 1999-08-02 2011-05-19 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Antriebsstrang
JP3654074B2 (ja) * 1999-08-27 2005-06-02 トヨタ自動車株式会社 複数の原動機を備えた車両の制御装置
US7185722B1 (en) * 2000-02-04 2007-03-06 Hitachi, Ltd. Power transmission apparatus of motor vehicles
US20020179354A1 (en) * 2000-05-02 2002-12-05 Sail D. White Enterprises, Inc. Extended range electric vehicle
US6490945B2 (en) * 2001-01-10 2002-12-10 New Venture Gear, Inc. Twin clutch automated transmission with integrated transfer case
US7379797B2 (en) * 2001-01-31 2008-05-27 Oshkosh Truck Corporation System and method for braking in an electric vehicle
US7277782B2 (en) * 2001-01-31 2007-10-02 Oshkosh Truck Corporation Control system and method for electric vehicle
US6881165B2 (en) * 2001-02-07 2005-04-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Hydraulic control apparatus of vehicle and control method
US6455947B1 (en) 2001-02-14 2002-09-24 Bae Systems Controls, Inc. Power combining apparatus for hybrid electric vehicle
JP2002247701A (ja) * 2001-02-22 2002-08-30 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 補機駆動装置
US6401850B1 (en) * 2001-03-14 2002-06-11 New Venture Gear, Inc. Electric drive axle for hybrid vehicle
US6378638B1 (en) 2001-03-14 2002-04-30 New Venture Gear, Inc. Drive axle for hybrid vehicle
US6484834B2 (en) 2001-03-14 2002-11-26 New Venture Gear, Inc. Electric drive motor axle with integrated reduction and differential gearset
US6702709B2 (en) 2001-04-09 2004-03-09 New Venture Gear, Inc. Drivetrain for hybrid motor vehicle
DE10128758A1 (de) * 2001-06-13 2002-12-19 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Einrichtung zur Ansteuerung eines Hybridfahrzeugs
DE10214598B4 (de) * 2002-04-03 2009-05-07 Cnh Belgium N.V. Fahrantrieb für eine landwirtschaftliche Erntemaschine mit Steuerung der Fahrgeschwindigkeit bei Straßenfahrten
US7387182B2 (en) * 2002-04-08 2008-06-17 Patrick Fleming Turbine generator regenerative braking system
US6758295B2 (en) * 2002-04-08 2004-07-06 Patrick Fleming Turbine generator regenerative braking system
US7392122B2 (en) 2002-06-13 2008-06-24 Oshkosh Truck Corporation Steering control system and method
AUPS300902A0 (en) * 2002-06-18 2002-07-11 Permo-Drive Research And Development Pty Ltd Decoupling mechanism for hydraulic pump/motor assembly
FR2842144B1 (fr) * 2002-07-11 2005-01-28 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede et dispositif de transmission de puissance pour une vehicule automobile comprenant un moteur thermique et au moins une machine electrique
US6775601B2 (en) * 2002-08-06 2004-08-10 Delphi Technologies, Inc. Method and control system for controlling propulsion in a hybrid vehicle
KR100447754B1 (ko) * 2002-08-26 2004-09-08 현대모비스 주식회사 전기모터에 의한 차량 구동 및 제동 시스템
US20040044448A1 (en) * 2002-08-27 2004-03-04 Ford Motor Company Vehicle systems controller with modular architecture
AU2002951538A0 (en) * 2002-09-20 2002-10-03 Permo-Drive Research And Development Pty Ltd Regenerative drive system for trailers
FR2849142B1 (fr) * 2002-12-20 2007-01-26 Poclain Hydraulics Ind Systeme de freinage pour un vehicule entraine par au moins un moteur hydraulique alimente en circuit ferme
US6971463B2 (en) * 2002-12-23 2005-12-06 Cnh America Llc Energy recovery system for work vehicle including hydraulic drive circuit and method of recovering energy
US6769400B1 (en) * 2003-01-24 2004-08-03 General Motors Corporation Method for controlling emissions
JP2005042684A (ja) * 2003-07-25 2005-02-17 Denso Corp 電動機付ターボチャージャの電力制御装置および電動ターボチャージャ装置
US6843750B1 (en) 2003-07-30 2005-01-18 Arvinmeritor Technology, Llc Two-speed gearbox with integrated differential
US6978853B2 (en) * 2003-07-30 2005-12-27 Arvinmeritor Technology Llc Axle assembly with parallel mounted electric motors
US7028583B2 (en) * 2003-07-30 2006-04-18 Arvinmeritor Technology, Llc Axle assembly with transverse mounted electric motors
US7149617B2 (en) * 2003-11-05 2006-12-12 Zf Meritor, Llc Method of timed shift to neutral in apparent stationary modes
US20050121532A1 (en) * 2003-12-05 2005-06-09 Reale Michael J. System and method for district heating with intercooled gas turbine engine
US6979913B2 (en) * 2004-02-20 2005-12-27 Contour Hardening, Inc. Vehicle mounted electrical generator system
US7105937B2 (en) * 2004-07-14 2006-09-12 Hamilton Sundstrand Corporation Adjustable variable frequency starter/generator system
AU2005274686B2 (en) * 2004-08-18 2010-10-28 Permo-Drive Research And Development Pty Ltd Hydraulic regenerative drive system and control
US7381150B2 (en) * 2004-08-18 2008-06-03 Permo-Drive Research & Development Pty. Ltd. Hydraulic regenerative drive system and controls
EP1778511B1 (de) * 2004-08-18 2012-04-11 Permo-Drive Research and Development Pty. Ltd. Hydraulisch regeneratives Antriebssystem und Steuerung
CA2479890A1 (en) * 2004-09-27 2006-03-27 Samuel Beaudoin High efficiency generator system and continuously variable transmission therefor
US7273122B2 (en) * 2004-09-30 2007-09-25 Bosch Rexroth Corporation Hybrid hydraulic drive system with engine integrated hydraulic machine
US7311163B2 (en) * 2004-11-16 2007-12-25 Eaton Corporation Regeneration and brake management system
US7841432B2 (en) 2004-11-22 2010-11-30 Bosch Rexroth Corporation Hydro-electric hybrid drive system for motor vehicle
US20100145562A1 (en) * 2004-12-01 2010-06-10 Ise Corporation Method of Controlling Engine Stop-Start Operation for Heavy-Duty Hybrid-Electric Vehicles
US7689331B2 (en) * 2004-12-01 2010-03-30 Ise Corporation Method of controlling engine stop-start operation for heavy-duty hybrid-electric and hybrid-hydraulic vehicles
US7689330B2 (en) * 2004-12-01 2010-03-30 Ise Corporation Method of controlling engine stop-start operation for heavy-duty hybrid-electric and hybrid-hydraulic vehicles
US7395887B2 (en) * 2004-12-23 2008-07-08 Bosch Rexroth Corporation Complementary regenerative torque system and method of controlling same
US7597172B1 (en) * 2005-04-22 2009-10-06 Parker-Hannifin Corporation Gear box for hydraulic energy recovery
CN100448711C (zh) * 2005-05-30 2009-01-07 比亚迪股份有限公司 机动车辆的变速装置及其变速方法
FR2887186B1 (fr) * 2005-06-15 2008-09-26 Irisbus France Sa Vehicule urbain et dispositif de recuperation d'energie pour ce vehicule
US7479091B2 (en) * 2005-08-15 2009-01-20 Tai-Her Yang Engine running at fixed speed incorporated controllable transmission power system
JP2007062577A (ja) * 2005-08-31 2007-03-15 Toyota Motor Corp 駆動装置およびこれを搭載する自動車
WO2007035997A1 (en) * 2005-09-28 2007-04-05 Permo-Drive Research And Development Pty Ltd Hydraulic circuit for a energy regenerative drive system
US7536856B2 (en) * 2005-11-30 2009-05-26 Caterpillar Inc. System for controlling a power output
ATE482104T1 (de) 2005-12-14 2010-10-15 Fondazione Torino Wireless Elektro-mechanisches antriebs- und bremsmodul für kraftfahrzeuge und damit ausgerüstetes fahrzeug
US7489048B2 (en) 2006-01-09 2009-02-10 General Electric Company Energy storage system for electric or hybrid vehicle
US7568537B2 (en) * 2006-01-09 2009-08-04 General Electric Company Vehicle propulsion system
US7780562B2 (en) * 2006-01-09 2010-08-24 General Electric Company Hybrid vehicle and method of assembling same
DE202006000664U1 (de) * 2006-01-13 2007-05-24 Liebherr-Werk Bischofshofen Ges.M.B.H. Maschine, insbesondere Baumaschine
US7595597B2 (en) * 2006-01-18 2009-09-29 General Electric Comapany Vehicle propulsion system
US7743859B2 (en) * 2006-02-03 2010-06-29 Magna Powertrain Usa, Inc. Hybrid drivetrains for trailers
US8100210B2 (en) * 2006-02-07 2012-01-24 Takeuchi Mfg. Co., Ltd Electrically driven industrial vehicle
US7694760B2 (en) * 2006-03-06 2010-04-13 Ford Global Technologies, Llc System and method for controlling vehicle operation
DE102006011167A1 (de) * 2006-03-10 2007-09-13 Linde Material Handling Gmbh & Co. Kg Hydrostatisch-elektrischer Antrieb
WO2007104539A1 (de) * 2006-03-13 2007-09-20 Bosch Rexroth Ag Mechanisch-hydraulischer antrieb mit einem leistungsverzweigungsgetriebe
US7558713B2 (en) * 2006-03-16 2009-07-07 Vest, Inc. Method for automating hydraulic manifold design
US7669414B2 (en) * 2006-03-28 2010-03-02 Parker-Hannifin Corporation Hydraulic energy recovery system with dual-powered auxiliary hydraulics
DE202006009223U1 (de) * 2006-05-17 2007-09-27 Liebherr-Werk Bischofshofen Ges.M.B.H. Maschine, insbesondere Baumaschine
US20070284170A1 (en) * 2006-06-13 2007-12-13 Kuras Brian D Retarding control for hydromechanical drive machine
FR2903156B1 (fr) * 2006-07-03 2011-02-11 Poclain Hydraulics Ind Circuit hydraulique de recuperation d'energie
US20080039262A1 (en) * 2006-08-10 2008-02-14 Caterpillar Inc. Vehicle drivetrain having hydraulic power assist
US20080081734A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-03 Caterpillar Inc. Power system
US8408144B2 (en) * 2006-10-04 2013-04-02 The United States Of America, As Represented By The Administrator Of The U.S. Environmental Protection Agency Hybrid locomotive regenerative energy storage system and method
US20080083576A1 (en) * 2006-10-04 2008-04-10 Read David H Regenerative energy storage system for hybrid locomotive
US8244419B2 (en) * 2006-10-24 2012-08-14 Mi-Jack Canada, Inc. Marine power train system and method of storing energy in a marine vehicle
US7997077B2 (en) * 2006-11-06 2011-08-16 Harlequin Motor Works, Inc. Energy retriever system
DE202006019306U1 (de) * 2006-12-21 2008-04-30 Faun Umwelttechnik Gmbh & Co. Kg Antriebssystem eines Fahrzeuges, insbesondere eines Müllsammelfahrzeuges
US20100140043A1 (en) * 2007-01-16 2010-06-10 Permo-Drive Technologies Ltd Drive Assembly For A Regenerative Drive System
US7891302B2 (en) * 2007-03-13 2011-02-22 Titan Rail, Inc. System and method for providing head end power for use in passenger train sets
DE102007019156A1 (de) * 2007-04-20 2008-10-23 Deutz Ag Hybridantriebsstrang
US7677037B2 (en) * 2007-05-10 2010-03-16 Eaton Corporation Hydraulic drive system with precharge logic
US7784277B2 (en) * 2007-05-10 2010-08-31 Eaton Corporation Hydraulic drive system with temperature compensation for pressure limit
US7673451B2 (en) * 2007-05-10 2010-03-09 Eaton Corporation Hydraulic drive system with neutral drift compensation
US8297198B2 (en) * 2007-05-29 2012-10-30 The United States Of America, As Represented By The Administrator Of The U.S. Environmental Protection Agency Hydraulic-electric regenerative energy storage system
US7798277B2 (en) 2007-05-31 2010-09-21 Caterpillar Inc Machine retarder
US20090043797A1 (en) * 2007-07-27 2009-02-12 Sparkip, Inc. System And Methods For Clustering Large Database of Documents
US8776368B2 (en) * 2007-08-03 2014-07-15 Parker-Hannifin Corporation Integrated hydraulic hybrid drive module and method of installing same
JP5092622B2 (ja) * 2007-08-22 2012-12-05 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド車の動力伝達装置の制御装置
US8387731B2 (en) * 2007-08-27 2013-03-05 Parker-Hannifin Corporation Control apparatus and method for operating a combined hybrid drive and brake system
US8342995B2 (en) * 2007-11-01 2013-01-01 Ducere Holdings (Pty) Limited Drive arrangement with open loop hydraulic mechanism operable as a pump or a motor
US8306707B2 (en) 2007-11-08 2012-11-06 Parker-Hannifin Corporation Transmission shifting with speed dither and torque dither
US7689341B2 (en) 2007-11-29 2010-03-30 International Truck Intellectual Property Company, Llc Prioritized recapture of energy during deceleration of a dual-hybrid motor vehicle
JP2011506180A (ja) * 2007-12-12 2011-03-03 フォス マリタイム カンパニー ハイブリッド推進システム
US7856816B2 (en) * 2008-01-03 2010-12-28 Eaton Corporation Hydraulic brake energy regeneration system for electric energy storage and vehicle drive assist
WO2009094492A2 (en) * 2008-01-23 2009-07-30 Parker-Hannifin Corporation Electro-hydraulic machine for hybri drive system
JP2009198305A (ja) * 2008-02-21 2009-09-03 Nikki Co Ltd エンジン制御部品の実験方法
US8013548B2 (en) * 2008-10-14 2011-09-06 General Electric Company System, vehicle and related method
DE102008043677A1 (de) 2008-11-12 2010-05-20 Zf Friedrichshafen Ag Antriebssystem eines Nutzfahrzeuges und Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems eines Nutzfahrzeuges
US8079437B2 (en) 2008-11-17 2011-12-20 Allan Rosman Hybrid hydraulic drive system with accumulator as the frame of vehicle
US20100122864A1 (en) * 2008-11-17 2010-05-20 Allan Rosman Hybrid hydraulic drive system for all terrestrial vehicles, with the hydraulic accumulator as the vehicle chassis
US8166753B2 (en) * 2008-11-24 2012-05-01 Robert Bosch Gmbh Accumulator system and method of monitoring same
US8302720B2 (en) * 2009-01-28 2012-11-06 Robert Bosch Gmbh Energy storage system for a hybrid vehicle
JP4726966B2 (ja) * 2009-01-30 2011-07-20 エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー ハイブリッド車両用駆動装置、ハイブリッド車両及び駆動方法
US8186155B2 (en) * 2009-01-30 2012-05-29 Robert Bosch Gmbh Hydraulic energy storage system with accumulator and method of varying charge of same
ITBO20090061A1 (it) * 2009-02-09 2010-08-10 Ferrari Spa Veicolo stradale con propulsione ibrida
DE102009008513A1 (de) * 2009-02-11 2010-08-12 Li-Tec Battery Gmbh Anordnung und Verfahren zur Energieversorgung motorisierter Fahrzeuge
DE102009001603A1 (de) * 2009-03-17 2010-09-23 Zf Friedrichshafen Ag Vorrichtung für einen Fahrzeugantriebsstrang
DE102009002466A1 (de) * 2009-04-17 2010-10-21 Robert Bosch Gmbh Erweiterte Batteriediagnose bei Traktionsbatterien
US8640629B2 (en) 2009-05-01 2014-02-04 Norfolk Southern Corporation Battery-powered all-electric and/or hybrid locomotive and related locomotive and train configurations
US7913791B2 (en) 2009-05-04 2011-03-29 Robert Bosch Gmbh Energy storage system for a hybrid vehicle
US8808136B2 (en) * 2009-05-07 2014-08-19 Volvo Construction Equipment Ab Working machine and a method for operating a working machine
GB0908982D0 (en) * 2009-05-26 2009-07-01 David Brown Hydraulics Ltd Controlled hydraulic systems
US20100304920A1 (en) * 2009-05-28 2010-12-02 Bernard Joseph Simon Hybrid Assembly , A Hybrid Power-Train , And A Method For Operating A Selectively Movable Assembly
WO2010144753A1 (en) * 2009-06-10 2010-12-16 Czero, Inc. Systems and methods for hybridization of a motor vehicle using hydraulic components
FR2951409B1 (fr) * 2009-10-15 2012-03-09 Peugeot Citroen Automobiles Sa Chaine de traction pour vehicule hybride
US8230961B2 (en) * 2009-11-04 2012-07-31 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Energy recovery systems for vehicles and wheels comprising the same
US8172022B2 (en) * 2009-11-30 2012-05-08 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Energy recovery systems for vehicles and vehicle wheels comprising the same
US8494730B2 (en) * 2010-01-29 2013-07-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power transmitting apparatus
CN102858573B (zh) * 2010-02-23 2015-10-21 伊顿公司 用于车辆的变矩器控制
US7935025B1 (en) * 2010-02-25 2011-05-03 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for assisted direct start control
DE102010028030A1 (de) * 2010-04-21 2011-10-27 Zf Friedrichshafen Ag Antriebsanordnung und Verfahren zum Durchführen eines Anfahrvorganges
JP5427110B2 (ja) * 2010-05-25 2014-02-26 川崎重工業株式会社 建設機械及びその制御方法
FR2961753B1 (fr) * 2010-06-23 2012-08-17 Peugeot Citroen Automobiles Sa Chaine de traction pour vehicule hybride
WO2012002585A1 (ko) * 2010-06-28 2012-01-05 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비 하이브리드식 굴삭기의 제어시스템
US8427083B2 (en) * 2010-06-28 2013-04-23 Momentum Power, Inc. Power distribution system
US8638059B2 (en) 2010-08-11 2014-01-28 Dayton-Phoenix Group, Inc. Control for multi-phase induction motor
US8515637B2 (en) 2010-12-23 2013-08-20 Caterpillar Inc. Machine control system and method
EP2471679A3 (de) * 2010-12-29 2016-07-20 Parker-Hannificn Corporation Vorrichtung und Verfahren für den Betrieb eines Hybridantriebsystems während eines verlängerten Bremszustands
US9028362B2 (en) * 2011-02-01 2015-05-12 Jing He Powertrain and method for a kinetic hybrid vehicle
WO2012107958A1 (ja) * 2011-02-09 2012-08-16 スズキ株式会社 ハイブリッド車両の駆動制御装置及びハイブリッド車両
FR2971742B1 (fr) * 2011-02-22 2013-02-22 Richard Chene Vehicule automobile a trois moteurs electrique, hydraulique et thermique et procede de gestion des energies stockees a bord
US8298107B1 (en) * 2011-03-04 2012-10-30 Ernie Brookins Retrofit kit for an Allison transmission
US9855835B1 (en) * 2011-03-08 2018-01-02 Harris Corporation Pneumatic-based drive power for motorized vehicles
TWI626389B (zh) * 2011-03-11 2018-06-11 楊泰和 可控周轉輪組離合裝置及應用動力系統
US8795008B2 (en) 2011-04-06 2014-08-05 Twin Disc, Inc. Two-into-two or one hybrid power device for a marine vehicle
DE102011075411A1 (de) * 2011-05-06 2012-11-08 Robert Bosch Gmbh Getriebe eines Kraftfahrzeugs mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle
DE102011102423A1 (de) * 2011-05-24 2012-11-29 Audi Ag Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs
FR2975637B1 (fr) * 2011-05-25 2013-06-28 Peugeot Citroen Automobiles Sa Vehicule hybride utilisant une energie hydraulique et procede de gestion associe
US20140117915A1 (en) * 2011-06-21 2014-05-01 Carrier Corporation Variable frequency drive voltage boost to improve utilization
GR1009250B (el) * 2011-06-28 2018-03-23 Νικολαος Γεωργιου Μποτσης Μηχανικως αυτοπροσαρμοζομενη αντλια μεταβλητης παροχης με γραμμικη μεταβολη πραγματικου χρονου
GR20110100380A (el) * 2011-06-29 2013-02-05 Νικολαος Γεωργιου Μποτσης Μηχανικως αυτοπροσαρμοζομενο υβριδικο υδροστατικο συστημα μεταφορας ισχυος συνεχους μεταβολης και μετατροπης ηπιων μορφων ενεργειας σε ηλεκτρικη
WO2013001319A2 (en) * 2011-06-28 2013-01-03 Nikolaos Botsis Self adjustable continuously variable power transmission system with a real time variable flow pump.
KR20130007819A (ko) * 2011-07-11 2013-01-21 현대자동차주식회사 하이브리드 차량용 파워팩의 냉각장치 및 냉각방법
CN104302845A (zh) * 2011-12-23 2015-01-21 J.C.班福德挖掘机有限公司 包括动能储存装置的液压系统
CN104039682B (zh) 2012-01-09 2017-04-12 伊顿公司 用于使用单一输入获得全范围升降速度的方法
US20130175985A1 (en) * 2012-01-10 2013-07-11 Thomas Percich Rapid charge, on-the-go transportation system
AU2013209246B2 (en) 2012-01-11 2016-08-11 14156048 Canada Inc. Fuel saving system that facilitates vehicle re-starts with the engine off
US10632828B1 (en) 2012-04-09 2020-04-28 United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration Flywheel pulse and glide system for vehicles
CN202863429U (zh) * 2012-05-22 2013-04-10 张万杰 液力缓速器
EP2867042A1 (de) 2012-06-29 2015-05-06 Eaton Corporation Hydraulischer antriebsstrang
FR3001662B1 (fr) * 2013-02-07 2016-01-29 Technoboost Vehicule hybride utilisant une energie hydraulique et une energie electrique et procede de gestion associe
US20140358340A1 (en) * 2013-05-28 2014-12-04 Vladimir Radev Hybrid electric vehicle
WO2014209933A1 (en) * 2013-06-25 2014-12-31 Parker-Hannifin Corporation Hydrostatic-parallel hydraulic hybrid architectures
WO2014207474A2 (en) * 2013-06-26 2014-12-31 Parker Hannifin Manufacturing Limited Energy efficient electric vehicle control system
US8960358B2 (en) * 2013-06-27 2015-02-24 Robert Bosch Gmbh Speed-based hydraulic pump control system and method for noise reduction in hybrid vehicles
EP3140463B1 (de) * 2014-05-06 2020-07-22 Eaton Corporation Hydraulischer hybrider antriebsschaltkreis mit hydrostatischer option und verfahren zum betrieb davon
EP3040226B1 (de) * 2014-12-30 2020-07-08 Dana Belgium N.V. Hydraulischer Hybridantriebsstrang
FR3025141B1 (fr) * 2014-08-28 2018-03-02 Valeo Systemes De Controle Moteur Systeme mecanique d'amplification de puissance
DE102014114771A1 (de) * 2014-10-13 2016-04-14 Getrag Getriebe- Und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer Gmbh & Cie Kg Kraftfahrzeug-Antriebsstrang
JP6806409B2 (ja) 2014-10-27 2021-01-06 イートン コーポレーションＥａｔｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 静圧オプションを有する油圧ハイブリッド推進回路とその操作方法
JP2019507841A (ja) 2016-02-16 2019-03-22 ディベロップメント イフェンコ インコーポレイテッドＤｅｖｅｌｏｐｐｅｍｅｎｔ Ｅｆｆｅｎｃｏ Ｉｎｃ． 商用車用拡張機能付きアイドリングストップ燃費低減システム
DE102016212209A1 (de) * 2016-07-05 2018-01-11 Zf Friedrichshafen Ag Nebenabtriebsanordnung
DE102016219615A1 (de) * 2016-10-10 2018-04-12 Audi Ag Verfahren zum Betreiben einer Hybridantriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Hybridantriebseinrichtung
US10207699B2 (en) * 2016-10-19 2019-02-19 GM Global Technology Operations LLC Hybrid vehicle propulsion systems and methods
US10012247B2 (en) 2016-12-02 2018-07-03 Harris Corporation Variable booster for hybrid pneumatic regenerative system
US10363946B2 (en) * 2016-12-02 2019-07-30 Harris Corporation Hybrid pneumatic regenerative system for railway vehicles
IT201600123644A1 (it) 2016-12-06 2018-06-06 I E T S P A Apparato di ripartizione selettiva della potenza di un veicolo plurimotorizzato
US10036460B2 (en) * 2016-12-12 2018-07-31 Caterpillar Inc. Powertrain system with variator speed balancing
JP6624107B2 (ja) * 2017-02-10 2019-12-25 株式会社豊田中央研究所 車両の熱管理制御装置、熱管理制御プログラム
JP6683175B2 (ja) * 2017-05-17 2020-04-15 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド車両の制御装置
FR3069302B1 (fr) * 2017-07-24 2019-08-23 Poclain Hydraulics Industrie Procede de pilotage ameliore pour assistance hydraulique
CN111065535B (zh) 2017-09-08 2021-08-03 康明斯有限公司 用于发动机启动器和发电机的液压系统
WO2020164103A1 (en) * 2019-02-15 2020-08-20 Guangxi Liugong Machinery Co., Ltd. Construction machine with flywheel arrangement
JP2021099122A (ja) * 2019-12-20 2021-07-01 川崎重工業株式会社 静油圧無段変速システム
US11052881B1 (en) 2020-07-23 2021-07-06 Caterpillar Underground Mining Pty. Ltd. Hydraulic retarding control system
US11728658B2 (en) * 2020-12-18 2023-08-15 Caterpillar Inc. Hybrid power system control and operating strategy based on power system state vector calculation
US12006658B2 (en) 2021-04-09 2024-06-11 Caterpillar Inc. Power system for a machine
EP4194248A1 (de) * 2021-12-13 2023-06-14 Volvo Truck Corporation Bremssystem und verfahren zur steuerung eines solchen bremssystems
KR20230097744A (ko) * 2021-12-24 2023-07-03 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비 유압기계
US11679657B1 (en) * 2022-05-23 2023-06-20 Arvinmeritor Technology, Llc Electric drive unit and drive axle system
WO2024044886A1 (en) * 2022-08-29 2024-03-07 Robert Bosch Gmbh Method and system for diverting regenerated electrical power
US20240083237A1 (en) * 2022-09-09 2024-03-14 Robert James Sikorski Hydraulic regenerative braking system
US20240183443A1 (en) * 2022-12-01 2024-06-06 Zimeno Inc. Swash plate braking

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2571284A (en) * 1946-07-06 1951-10-16 Chrysler Corp Power transmission
US3732751A (en) * 1969-03-17 1973-05-15 Trw Inc Power train using multiple power sources
US4233858A (en) * 1976-12-27 1980-11-18 The Garrett Corporation Flywheel drive system having a split electromechanical transmission
US4270622A (en) * 1979-06-27 1981-06-02 Travis James M Drive axle for electric vehicle
DE3026219A1 (de) 1980-07-10 1982-02-18 Voith Getriebe Kg, 7920 Heidenheim Antriebsaggregat mit einer antriebsmaschine und einem schwungrad
US4441573A (en) 1980-09-04 1984-04-10 Advanced Energy Systems Inc. Fuel-efficient energy storage automotive drive system
FR2520827A1 (fr) * 1982-02-03 1983-08-05 Moteur Moderne Le Transmission a division de puissance concue pour fonctionner en traction pure, en recuperation-restitution de l'energie cinetique, et en mode hybride
US4597463A (en) * 1984-01-23 1986-07-01 Richard Barnard Electric vehicle using the vehicle's kinetic and mechanical power to regenerate it's energy storage device
DE3619187A1 (de) 1986-06-06 1987-12-10 Man Nutzfahrzeuge Gmbh Kraftfahrzeug, insbesondere im stop-and-go-verkehr betriebenes nutzfahrzeug
DE3842632A1 (de) * 1988-12-17 1990-06-21 Man Nutzfahrzeuge Ag Hybrid-antriebseinrichtung fuer kraftfahrzeuge
US5024633A (en) * 1990-07-09 1991-06-18 General Motors Corporation Hydromechanical transmission with adjunct flywheel
DE4102882C2 (de) 1991-01-31 1995-07-20 Man Nutzfahrzeuge Ag Antriebseinrichtung eines Fahrzeuges
DE4133013C2 (de) 1991-10-04 1995-11-30 Mannesmann Ag Nicht-spurgebundenes Fahrzeug mit elektrodynamischem Wandler
ATA6192A (de) 1992-01-16 1997-05-15 Avl Verbrennungskraft Messtech Antriebsvorrichtung antriebsvorrichtung
US5343970A (en) 1992-09-21 1994-09-06 Severinsky Alex J Hybrid electric vehicle
NL9201893A (nl) 1992-10-30 1994-05-16 Gear Chain Ind Bv Hybride aandrijfsysteem.
US5318142A (en) 1992-11-05 1994-06-07 Ford Motor Company Hybrid drive system
US5495912A (en) 1994-06-03 1996-03-05 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The U.S. Environmental Protection Agency Hybrid powertrain vehicle
JP3178503B2 (ja) * 1994-07-01 2001-06-18 株式会社デンソー ハイブリッド自動車の制御装置
US5562566A (en) 1994-10-03 1996-10-08 Yang; Tai-Her Distributed differential mixing combined power system
US5823281A (en) * 1995-05-25 1998-10-20 Kabushikikaisha Equos Reseach Hybrid vehicle
US5603671A (en) * 1995-08-08 1997-02-18 General Motors Corporation Three prime mover bus transmission
US5571058A (en) 1995-08-08 1996-11-05 General Motors Corporation Four-mode, input-split, paralell, hybrid transmission

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005027941B4 (de) * 2004-07-01 2015-11-26 Ford Global Technologies, Llc Steuerung eines Antriebsstranges eines Hydraulik-Hybridfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor und einer hydraulischen Pumpe/Motor

Also Published As

Publication number Publication date
EP0975480B1 (de) 2004-02-18
HK1026875A1 (en) 2000-12-29
CA2286615C (en) 2007-02-13
WO1998047732A1 (en) 1998-10-29
CA2286615A1 (en) 1998-10-29
EP0975480A1 (de) 2000-02-02
US6170587B1 (en) 2001-01-09
EP0975480A4 (de) 2001-07-25
NZ500627A (en) 2001-01-26
DE69821750D1 (de) 2004-03-25

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