WO2011107276A1 - Kraftfahrzeug mit kombiniertem antrieb - Google Patents

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WO2011107276A1 PCT/EP2011/001040 EP2011001040W WO2011107276A1 WO 2011107276 A1 WO2011107276 A1 WO 2011107276A1 EP 2011001040 W EP2011001040 W EP 2011001040W WO 2011107276 A1 WO2011107276 A1 WO 2011107276A1
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energy
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Guenter Hohenberg
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Ivd Prof. Hohenberg Gmbh
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    • Y10T74/19Gearing
    • Y10T74/19023Plural power paths to and/or from gearing
    • Y10T74/19051Single driven plural drives

Definitions

  • the American automaker General Motors has announced (see eg the German edition of Wikipedia), the end of 2010 to bring an electric vehicle called Chevrolet Volt on the market, which is designed as an electric vehicle, but additionally has a small combustion engine that drives a generator , with which the batteries can be recharged.
  • the vehicle in electric mode should have a range of up to 64 km.
  • the combustion engine thus serves to increase the range and is therefore referred to as a "range extender”.
  • the concept is also called "serial hybrid drive".
  • This vehicle has a transversely mounted V6 petrol engine with a displacement of 331 1 cm 3 , which at 5600 U / min. a power of 155 KW and at 4400 U / min. delivers a torque of 288 Nm.
  • To drive the front axle also serves a front mounted electric motor, which at 4500 U / min. delivers a power of 123 KW.
  • An electric motor provided for driving the rear axle at a speed of 4610 - 5120 U / min. a power of 50 KW.
  • the powertrain has an electric generator with a power of 109 KW and a traction battery with a capacity of 1, 9 kWh on.
  • a planetary gear with electrically continuously adjustable speed ratio a so-called E-CVT planetary gear and a planetary gear for speed adjustment of the front electric motor, a so-called adaptation planetary gear, are used.
  • the powertrain is designed as follows:
  • the output shaft of the V6 petrol engine is via a torsional vibration damper with the web of the E-CVT planetary gear.
  • the output shaft of the electric generator is connected to the sun gear of the E-CVT planetary gear.
  • the output shaft of the front electric motor is connected to the sun gear of the matching planetary gear having a common ring gear with the E-CVT planetary gear connecting both planetary gears.
  • the web of the adaptation planetary gear is mounted non-rotatably and can thus perform no rotational movement about its central axis.
  • the common ring gear has, in the radial direction outside, an external toothing, which meshes with a gear of a counter gear stage, which is connected to an output shaft with a Vorderachsdifferential.
  • the front axle differential distributes the drive power of the V6 petrol engine and the front electric motor to the front wheels.
  • the drive power of the rear electric motor is directed to the rear axle. There is no torque-conducting connection between the rear axle and the front axle.
  • the E-CVT planetary gearbox is the central element for controlling the powertrain of the RX400h. It is controlled while driving for a favorable efficiency.
  • the speed ratio between the web and the ring gear of the E-CVT planetary gear is changeable by the speed of the sun gear.
  • the ring gear speed of the E-CVT planetary gear is proportional to the travel speed.
  • the V6 petrol engine is operated to maximize fuel consumption in a speed range with the highest possible efficiency. From this requirement, there is a certain rotational number ratio between the bridge and ring gear. This speed ratio is determined by the
  • a motor vehicle is to be understood as a vehicle which is provided in particular for the transport of persons and / or loads.
  • passenger cars range from one or two-seater small cars to heavy vehicles of the upper class, small and large buses, as well as light and heavy trucks.
  • light trucks which are often used for the carriage of loads in cities, the invention can be used very advantageously.
  • a combined drive system is understood to mean a device for driving this motor vehicle.
  • a primary drive machine is to be understood as a device which in particular provides drive power for the combined drive system.
  • the primary drive machine is designed as an electrical machine.
  • a secondary drive machine is to be understood as a device which in particular provides a drive power for the combined drive system.
  • the secondary drive machine is preferably an internal combustion engine.
  • a torque transmission device is to be understood as a device for transmitting a torque, which usually has an input side and an output side.
  • a torque transmission device preferably has two or three operating states. In a first operating state, torque is transmitted from the input side to the output side. In a second operating state, substantially no torque is transmitted. Optionally, a torque is transmitted from the output to the input side in a third operating state.
  • these at least two operating states can be influenced by internal or external control commands.
  • External control commands are transmitted to them from outside the torque transmitting device, internal control commands are generated within the torque transmitting device.
  • the remote control commands are generated by the evaluation of the speeds of the input and / or the output side.
  • Internal control commands can be superimposed by external control commands and vice versa.
  • An energy storage device is to be understood as a device which is intended to record a power over a certain period of time and to deliver this power again at a later time.
  • This energy storage device preferably has three operating states. In a first operating state, energy is transferred to the energy storage device. In a second operating state, an energy content contained in the energy storage device is preferably essentially obtained. In a third operating state, power is transmitted from the energy storage device directly or indirectly, in particular to the primary drive machine.
  • the energy storage device is preferably a secondary battery, for example a nickel-metal hydride or a lithium-ion battery. But there are also other energy storage, such as capacitors or eg working on the flywheel kinetic memory or the like in question.
  • the energy supply to the energy storage device preferably three modes are distinguished. In the first mode, the power is supplied by an external source (plug in) preferably conductive and / or inductive. In the second mode, the energy storage device is preferably charged by the primary drive machine, being driven by the secondary drive machine (active charging). In the third mode, the charge is made by recuperation during braking and the like (passive charging).
  • An output device is to be understood as a payment which, in a motor vehicle, drives the drive power to at least one drive element of the vehicle.
  • An output device may preferably have one or more torque-transmitting devices, a transmission device and / or a differential gear device.
  • a transmission device is understood to mean a device which has at least one transmission input element, one transmission output element and one transmission housing and serves to convert a rotational speed and / or a torque.
  • a drive element of a vehicle is an element which transmits the drive power of a motor vehicle to the ground.
  • a drive element of a vehicle is designed as a wheel / tire combination.
  • a first operating state of the primary drive machine is to be understood as a state in which it outputs power on its primary drive shaft.
  • a second operating state of the primary drive machine is a state in which it receives a power at its primary drive shaft.
  • the primary drive shaft is preferably offset by an external force in rotational movement. This external force is preferably applied to the primary drive shaft by the secondary drive machine or by the output device.
  • NVH Noise, Vibrato on, Harshness or in German noise, vibration, roughness and characterizes the vehicle behavior, inter alia, with respect to vibrations from the drive train and the noise behavior of the drive.
  • the present invention is based on a basic concept, which can be modified within the scope of the disclosure of this application.
  • the basic concept starts from the assumption that the battery capacity will be relatively expensive in the near future. Companies such as The Robert Bosch GmbH, call currently (early 2010) a battery price for the lithium-ion battery of 1,500, - € / kWh. It is assumed that this price will decrease to 500, - Euro / kWh if production capacity is increased, and optimistic assumptions are up to 250, - Euro / kWh. With a 50 kWh battery, a price of 25,000 to 50,000 € is currently expected, even if optimistic.
  • the energy content of a liter of diesel is 10 kWh, for storage is about 50 € for 50 liters, equivalent to 500 kWh, to estimate.
  • the basic concept discussed here therefore provides, in addition to the electric drive, an internal combustion engine which extends the range as a so-called "range extender".
  • the basic concept also envisages using this internal combustion engine to increase the drive power together with the electric motor. This has considerable advantages for the selection of both the electric motor and the internal combustion engine. Since the electric motor and internal combustion engine can act together during acceleration processes, both the electric motor and the internal combustion engine can be kept smaller in power than would be possible with an electric or only internal combustion engine drive.
  • both the electric motor and the engine significantly weight can be saved.
  • the weight is a major problem in electrically operated vehicles, since the weight of an electric motor with the same power is about twice as high as that of an internal combustion engine and the high weight of the battery is also taken into account.
  • the weight of a vehicle is a crucial factor for its consumption, the resulting weight reduction leads to a significantly lower consumption.
  • the invention provides for a mechanical coupling of the primary drive machine and the secondary drive machine, the so-called “mechanical drive-through.”
  • the basic concept described here in which an electric motor serves as a primary drive machine, but an internal combustion engine as a secondary drive machine is mechanically connected to the primary drive machine and the output device for generating a mechanical drive through, is referred to in this application as “integrated range extender” (IRE).
  • integrated is derived from the fact that the internal combustion engine as a secondary drive machine is integrated directly into the vehicle drive.
  • the internal combustion engine only charges the battery without itself being involved in the generation of the driving torque.
  • This initially has the advantage that the internal combustion engine can always be operated in the range of its best efficiency when charging.
  • the engine thus operates at high speeds even when the vehicle is at rest, e.g. while waiting at a traffic light. This could be perceived as unpleasant by the users under the aspect of NVH comfort discussed earlier.
  • the kinetic energy generated in the internal combustion engine is used directly via the mechanical drive to drive the vehicle.
  • the internal combustion engine in the IRE has to operate in a larger speed range than is the case with the serial hybrid.
  • this disadvantage is offset on the one hand by the higher efficiency due to the mechanical drive.
  • today known engines in particular with appropriate variability of fuel injection, ignition timing, valve timing and possibly also displacement are controlled so that they work in a wide speed range with high efficiency.
  • the disadvantage of possibly lower efficiency over the wide speed range is also compensated for by the fact that in the case of the IRE the electric motor serving as the primary drive machine is also used as a generator for charging the battery.
  • the basic concept further preferably provides for using a transmission device with a few gear ratios, preferably two gear ratios, and preferably also for changing the rotational speed of the electric motor by a gear device.
  • the basic concept also envisages using only a single combined electric motor / generator. Also by this measure weight and space can be saved. In particular, when using a correspondingly designed gear device, it is thereby also possible to design the electric machine serving as a motor and generator so that it operates in each case in the region of the most favorable efficiency.
  • the design of the electric motor can - but need not - be further facilitated if, in a preferred embodiment of the invention, the internal combustion engine with a separate starter, and particularly preferably, also provided with a separate alternator. Starter and alternator can also be combined.
  • This has the advantage that the electric machine, which represents the primary drive in the basic concept, can be optimized in terms of efficiency, without the use as a starter must be considered. This advantageously weighs the greater construction and weight costs for the additionally existing starter and / or the alternator.
  • the basic concept therefore proposes a preferred embodiment of the mechanical drive through to arrange the internal combustion engine and electric motor on the same shaft and to dispense with a matching gear, which reduces the rotational speed of the electric motor.
  • the electric motor is preferably also used to dampen the vibrations in the drive train, which are caused by the internal combustion engine.
  • a control device is preferably used, which calculates the resulting from the combustion and by the inertial forces torque surges of the engine, and generates corresponding compensation torques or compensation rotational movements or counter-vibrations in the electric motor.
  • Compensation torques can be generated electrically in a simple way by applying a corresponding pulse to the winding of the electric motor.
  • compensation rotational movements can be generated on the housing of the electric motor by this is mounted for rotational vibration.
  • the counter-rotation movements are then preferred generated by electrical means, in particular by induction or more preferably by piezoelectric encoder. In both types can be generated by an electrical pulse, a change in length, which leads to a corresponding rotational movement of the rotatably arranged housing of the electric motor.
  • the signal of the engine control unit for the generation of the countervibration can be used.
  • the time of the next injection process is determined and on the other hand, the injection quantity. From these data, it is possible to determine analytically and / or empirically how great the torque impulse excitation associated with the combustion is and calculate the corresponding countervibration.
  • the data from the engine control system provides a reliable picture of the torsional vibrations caused by the combustion process itself.
  • torsional vibrations are also caused by other phenomena in the powertrain, in particular by resonances or resonance-like phenomena. These can be taken into account in the calculation of the vibration excitation from the engine control data by e.g. empirically recorded beforehand.
  • vibration sensors at one or more locations of the drive train and to use their signals to calculate the corresponding compensation measures.
  • the data of this or this vibration sensor can be used together with the data of the engine control to calculate the vibration compensation, but it is within the scope of the invention also possible to use the data of these vibration damper alone, without taking into account the data of the engine control.
  • the nominal power of the primary drive machine usually the electric motor, and the rated power of the secondary drive Drive machine, usually the internal combustion engine, in a certain ratio to each other.
  • a prime mover can deliver a power in the short term, which is greater than the rated power.
  • the drive power ratio of the primary drive machine to the secondary drive machine is in a range of 0.5 to 10, preferably in a range of 0.8 to 5 and particularly preferably in a range of 1 to 3.
  • Particularly preferred is the nominal power of the primary Drive machine larger than the rated power of the secondary drive machine.
  • the drive is preferably controlled at this drive power ratio, that is used to drive the vehicle substantially the primary drive machine.
  • the secondary drive machine is often operated in the range of its rated power or particularly preferably in the range of high efficiency.
  • the combined drive system essentially has only a single primary drive machine, which preferably also alone makes available the actively generated energy for storage in the energy storage device.
  • power of the prime mover originating from potential or kinetic energy of the vehicle (passive charging) is stored in the energy storage device.
  • the combined drive system preferably comprises at least one primary drive machine, a torque transmission device and a transmission device.
  • a transmission device preferably has one and / or two transmission input elements and preferably one and / or two transmission output elements.
  • one or two transmission input elements are connected to a power source.
  • a transmission output element is provided with a power sink. prevented.
  • the speed of at least one transmission input element differs from the speed of at least one transmission output element.
  • the primary drive shaft and the output side of the torque transmitting device are each connected to a transmission input element.
  • transmission devices are available in many different designs, so that a combined drive system with a transmission device can be constructed inexpensively and / or space-saving.
  • the speed ratio between the speed of at least one transmission input element and the speed of at least one transmission output element is variable.
  • this speed ratio can be changed continuously at least within a certain range.
  • a plurality, preferably one to four and particularly preferably two to three, discrete speed ratios of a transmission device can be switched.
  • such a shiftable transmission device is designed as a change gear with at least two different gear pairs, as a planetary gear device or as a double clutch transmission device.
  • the torque-conducting connection between the primary drive shaft and the transmission device is interruptible, so that no torque is transmitted between them.
  • a torque transmission device is arranged between the primary drive machine and the transmission device, which is preferably designed as a clutch and particularly preferably as a shiftable clutch or as an automatically shifting clutch.
  • Switchable clutches can be brought by a control command from a first operating state in which a torque is transmitted, to a second operating state in which no torque is transmitted, or vice versa.
  • the switchable coupling can preferably be given an external control command and thus the operating state can be changed.
  • an internal control command can be generated.
  • the rotational speed of the input side and / or the rotational speed of the output side of the torque transmission device is evaluated for this purpose. Are these speeds in a preferred ratio and / or over- and / or falls below this speed a predetermined speed, preferably, an internal control command is generated and the automatic switching clutch can change its operating state.
  • an automatically-shifting clutch is designed as a freewheel or a centrifugal clutch. Instead of a control over the speed can preferably also a
  • the primary drive machine is an electromechanical energy converter in which electrical energy is converted into mechanical or kinetic energy and / or mechanical or kinetic energy into electrical energy.
  • the primary drive machine is an electromechanical energy converter which is operated by a magnetic field which is constantly rotating about a rotation axis.
  • This magnetic field is preferably caused by at least one or more phase-shifted currents and / or by a plurality of mutually offset electromagnetic coils, and preferably forms a magnetic rotating field.
  • the axis of rotation of this rotating field and the primary drive shaft substantially coincide.
  • the speed of the primary drive shaft is equal to the speed of the rotating field.
  • the primary drive machine is a synchronous motor / generator.
  • a synchronous motor / generator has greater efficiency than other induction machines.
  • the range of the vehicle is positively influenced by this high efficiency.
  • the mass moment of inertia of a synchronous motor / generator is compared to other rotary field machines low. Due to this low mass moment of inertia, preferably a favorable instationary speed behavior of the combined drive train is achieved.
  • the rotational speed of the primary drive shaft is less than the rotational speed of the rotating field.
  • the primary drive machine is designed as an asynchronous motor / generator.
  • An asynchronous motor / generator can in particular be operated more simply than other induction machines in four-quadrant operation.
  • the easy-to-implement four-quadrant operation preferably facilitates energy recovery when the vehicle is being decelerated and thus increases the range.
  • the speed / torque control of an asynchronous motor / generator is simple compared to other induction machines.
  • the primary drive machine is a transverse flux motor / generator.
  • a transversal flux motor / generator has non-chained three-phase windings, which are arranged in a ring-concentric manner with respect to the shaft. Preferably, this results in a transverse magnetic circuit arrangement in individual circuits.
  • a transverse flux motor / generator has a high power density and a good efficiency and is therefore particularly suitable for mobile applications, preferably for a combined drive system.
  • the primary drive machine is a reluctance motor / generator.
  • a reluctance motor / generator has a plurality of electromagnetic coils distributed around the circumference, which are aligned with their axis of symmetry substantially star-shaped on the output shaft of the reluctance motor / generator. Due to this simple construction, in particular the control of a reluctance motor / generator with respect to induction machines is simplified. This simple controllability of the reluctance motor / generator leads to a better transient speed behavior of the combined drive train than would be possible with other electromechanical energy converters.
  • the primary drive machine is designed as a DC motor / generator.
  • a DC motor / generator in particular has a well-known and easily writable speed / torque behavior.
  • the DC motor / generator is easier to control than other electromechanical energy converters. This simple controllability makes it possible to achieve a combined drive system with low weight and long reach.
  • the primary drive machine is an AC motor / generator, preferably a single-phase synchronous motor /
  • An AC motor / generator has a simple structure over other electromechanical energy converters. By this simple construction, a low weight of the vehicle is achieved.
  • drive power which is initially supplied to the vehicle and stored in it as kinetic and / or potential energy, may return to electrical energy at a later time be converted and stored.
  • the consumption of the vehicle is lowered and the range increased.
  • the secondary drive machine is an internal combustion engine.
  • an energy converter to understand in which chemically bound energy is converted into kinetic energy. This energy conversion is preferably based on an exothermic combustion. This exothermic combustion is preferably carried out as external or internal combustion.
  • the maximum volume of a single combustion chamber ranges from 100 cubic centimeters (cc) to 2000 cc, preferably from 300 cc to 800 cc, and most preferably substantially 500 cc.
  • the secondary drive machine is designed as a reciprocating engine.
  • the reciprocating engine preferably has a cylinder number less than or equal to four, preferably less than or equal to three or more preferably two or one.
  • Four or two cylinders have the advantage of good mass balance. With three cylinders results in a favorable ignition interval.
  • the cylinders of the reciprocating engine move in a plane and / or in opposite directions. Preferably, this counter-rotating movement compensates for the mass forces arising essentially by the pistons without additional masses.
  • Such a piston engine is particularly preferably designed as a two-cylinder boxer engine or as a V engine with a cylinder bank angle of substantially 180 °.
  • the secondary drive machine is an internal combustion engine with a freely movable piston, wherein this piston moves within a cylinder.
  • This movement of the piston is preferably not influenced substantially from the outside. In essence, this piston can thus move without mechanical positive guidance from the outside.
  • a combustion engine with freely movable piston is preferably a free-piston engine.
  • a second, in opposite directions moving piston is preferably used or preferably another suitable device.
  • a free-piston engine is a compact drive machine with high efficiency and low weight.
  • the secondary drive machine is a rotary engine, preferably a Wankel engine.
  • the rotary engine has one or two rotary pistons.
  • a smooth running of the secondary drive machine is preferably achieved, so that preferably only a slight additional means for damping vibrations and the noise the secondary drive machine are provided.
  • a low weight of the combined drive system is preferably achieved and thus a lower
  • the secondary propulsion engine is a turbomachine with internal combustion.
  • An internal combustion flow or turbomachine includes at least a compressor and a combustion chamber.
  • the secondary drive machine is a gas turbine.
  • a gas turbine can be achieved preferably a low-vibration conversion of the chemically bonded energy into mechanical energy.
  • the gas turbine has in particular a favorable emission behavior and a high power density.
  • the secondary drive machine is a turbomachine with external combustion.
  • a flow machine has at least a first region in which chemically bound energy is converted into thermal energy and transferred to a working medium and a second region in which the working medium its energy is at least partially withdrawn.
  • the secondary drive machine with external combustion is preferably a steam turbine with a steam generator.
  • a steam turbine can preferably be used to achieve a low-vibration conversion of the chemically bound energy into mechanical energy. Compared to other internal combustion engines, the steam turbine in particular has a favorable emission behavior.
  • the secondary drive machine is a heat engine with external combustion. On the basis of the charge cycle behavior, at least two types of such heat engines with external combustion can be distinguished.
  • the conversion of thermal into mechanical energy can be done by a charge change.
  • the conversion of thermal into mechanical energy can take place without a charge change.
  • the secondary drive machine essentially has at least one cavity with at least two regions. In a first area of this cavity Thermal energy is supplied to a working medium and in a second region of this cavity, thermal energy is extracted from this working medium.
  • a heat engine without charge change is preferably a hot gas engine, in particular a Stirling engine.
  • the thermal energy is converted into mechanical energy in a heat engine with external combustion and with a charge exchange.
  • a heat engine preferably has at least one cylinder, at least one piston and a working medium.
  • this piston is set in motion by the working medium in the cylinder.
  • the working fluid is preferably expelled regularly from the cylinder.
  • a heat engine is a piston steam engine.
  • the drive power additionally required in discontinuous driving situations, for example during start-up or overtaking operations, can advantageously be provided by the primary drive machine in a combined drive system, while the secondary drive machine is preferably operated at its optimum operating point with low pollutant emissions.
  • the secondary drive machine and in particular an internal combustion engine to a starting device.
  • a starting device is an electromechanical energy converter, in particular a starter.
  • the starting device is operable independently of the primary drive machine.
  • the secondary drive machine is accelerated by the starting device to a certain speed.
  • a motor vehicle having a combined propulsion system preferably achieves in-plane primary range in the range of substantially 10 km to 400 km, preferably substantially 20 to 200 km, and more preferably substantially 40 to 100 km and full more preferably of substantially 100 km.
  • the primary range is to be understood as meaning the range which the motor vehicle reaches when no power is supplied to the motor vehicle from outside and when the secondary drive machine is not used for energy generation.
  • electrical energy is preferably stored in chemically bound form in an electrical energy storage device.
  • This electrical energy storage device is preferably designed as a secondary battery (ie accumulator).
  • the electrical energy storage device preferably has a storage capacity of substantially two to 80 kWh, preferably of essentially three to 30 kWh and particularly preferably of substantially four to ten kWh.
  • energy can be supplied to the motor vehicle with a combined drive system from outside the vehicle.
  • this deliverable energy is electrical energy.
  • the motor vehicle preferably has an interface for supplying the electrical energy.
  • the energy supply preferably takes place conductively, in particular by a plug connection or, likewise preferably, inductively, preferably when the vehicle is at a standstill or else during its movement, in particular by induction devices which are arranged in, beside or above the roadway. This induction device preferably have electrical conductors.
  • the primary and secondary drive machines are operated substantially in a high efficiency range.
  • the efficiency of the drive machines generally depends on the speed of their drive shaft.
  • the combined drive system preferably has a transmission device, preferably with a plurality of fixed gear ratios.
  • a ratio stage is preferably characterized by the ratio of the rotational speeds between at least one transmission input element and at least one transmission output element.
  • this transmission device has four, preferably three and more preferably two transmission stages.
  • the transmission device is designed as a planetary gear.
  • An epicyclic gear is preferably a planetary gear with preferably three shafts, which preferably has a sun gear, a ring gear, a planetary gear carrier and at least one planet.
  • these three shafts of the planetary gear are preferably the sun gear, the ring gear and the planet carrier to be understood.
  • the primary drive shaft is either directly or indirectly connectable to the sun gear and / or to the planet carrier.
  • the secondary drive shaft selectively drives the planet carrier and / or the sun gear or is decoupled from the planetary gear.
  • the connection of the primary drive shaft with the sun gear and / or the planet carrier is preferably influenced by at least one torque transmission device.
  • the power flow from the secondary drive shaft to the planet carrier and / or to the sun gear is preferably influenced by a torque transmission device.
  • the ring gear of the planetary gear serves as a transmission output element.
  • the transmission device is also designed as a planetary gear.
  • the planet carrier is used here but as a transmission output element.
  • the ring gear is rotatably mounted and can not perform rotational movement about its central axis.
  • the primary drive shaft is selectively connectable to the sun gear and / or to the planet carrier.
  • the secondary drive shaft selectively drives the sun gear or does not direct power to the planetary gear.
  • the connection of the primary drive shaft with the sun gear and / or the planet carrier is preferably influenced by at least one torque transmission device.
  • the power flow from the secondary drive shaft to the planet carrier is preferably influenced by a torque transmission device.
  • a motor vehicle with a combined drive system has a transmission device with at least one transmission stage with a high degree of efficiency.
  • this transmission device is used as a planetary gear executed.
  • a planetary gear preferably at least two shafts can be connected to each other.
  • waves are preferably the sun or the sun gear, the ring gear or the ring gear and the planet carrier to be understood.
  • the ring gear is connected to the sun gear or preferably the ring gear to the planet carrier or the sun gear to the planet carrier.
  • the planetary gear has a high efficiency when two of these waves move at the same speed and the transmission ratio between a transmission input element and a transmission output element of the planetary gear 1: 1.
  • the motor vehicle with a combined drive system has a transmission device with a variable speed ratio.
  • the transmission device preferably has a first transmission input rotational speed, a second transmission input rotational speed and a transmission output rotational speed.
  • the speed ratio between the second transmission input speed and the transmission output speed is preferably determined by the first transmission input speed.
  • the second transmission input speed is superimposed with the first transmission input speed. By this speed superposition, a continuous adjustment of the speed ratio is preferably made possible.
  • the changeable speed ratio transmission device has at least a first transmission input element, a second transmission input element and a transmission output element.
  • the first transmission input element is preferably connectable to the primary drive shaft.
  • the second transmission input element is preferably connectable to the secondary drive shaft.
  • the secondary drive machine can preferably be operated in an operating range with high efficiency. By operating in a low-efficiency operating range, a low-emission operation of the motor vehicle is preferably made possible.
  • the primary drive shaft and the secondary drive shaft are arranged coaxially and / or in alignment with each other. By this type of shaft alignment, a simple construction of the combined drive system is preferably made possible. Due to the simple and thus weight-saving design of the Combined drive system, an efficient operation of the motor vehicle is preferably achieved.
  • the power is transmitted from the primary drive shaft to a drive element of the vehicle or vice versa without conversion.
  • the power is transmitted from the secondary drive shaft without conversion to at least one drive element of the vehicle.
  • the secondary drive shaft is connectable by a transmission device and / or by a torque transmission device with a drive element of the vehicle, thereby preferably a complete mechanical drive is produced and achieved a high efficiency for the combined drive system.
  • the torque fluxes of the combined drive system can be influenced by torque-transmitting devices so that a high efficiency of the drive system results.
  • the combined drive system preferably has one, two, three or more torque transmission devices.
  • the torque transmission devices are preferably selected from a group of different torque transmission devices. This group includes mechanical clutches and brakes which at least partially transmit forces due to solid friction or due to hydrodynamic or hydrostatic effects, and / or non-contact clutches and brakes which transmit forces due to magnetic or electrical effects.
  • Mechanical couplings and brakes are preferably those clutches which operate according to the principle of positive or frictional engagement. friction conclusive couplings can be divided in particular after the formation of the friction surfaces.
  • the group of mechanical clutches includes jaw, cone, disc (single disc, multi-disc, multi-disc) and loop band couplings, and both wet and dry torque transmission devices.
  • the torque transmission devices may also be slip-controlled.
  • the slip is to be understood as meaning the rotation of the input side of the torque transmission device relative to the output side.
  • the clutches and brakes may also be selected from a group of hydraulic clutches.
  • Hydraulic clutches include in particular hydrodynamic torque converters with and without lock-up clutch.
  • Hydraulic couplings are preferably also understood to mean couplings which transmit torques at least partially due to the shear friction of liquids.
  • hydraulic clutches may have a capacity control.
  • a mechanical clutch or brake can fill with a ferromagnetic medium. Flowing a current results in a magnetic flux which changes the properties of the ferromagnetic medium.
  • the group of magnetic torque transmitting devices also includes magnetic particle clutches and brakes.
  • the group of non-contact torque transmission devices preferably has clutches and brakes, in which an electrical current and / or a magnetic flux is induced in another area of the torque transmission device by a permanent or electromagnetic region of the torque transmission device, in particular an eddy current.
  • a torque can thus be transmitted from the input side to the output side of the torque transmission device.
  • the group of non-contact torque transmission devices on clutches and brakes which are at least partially filled with a medium which changes the torque transmission behavior of the torque transmission device by the application of a voltage.
  • the non-contact torque transmitting device group includes clutches and brakes which contain electrorheological fluids.
  • a torque transmitting device may be selected from a group of overrunning clutches. Overrunning clutches are in particular free runs.
  • a freewheel means a device which allows the rotation of an element of the combined drive system only in one direction of rotation. Preferably, it may be switchable and non-switchable freewheels.
  • a switchable freewheel has in particular two operating states. In a first operating state, the freewheel preferably allows rotational movement of an element of the combined drive system only in at least one direction of rotation. The freewheel unfolds a blocking effect in this operating state. In a second operating state, the blocking effect of the switchable freewheel for at least one direction of rotation can be canceled by a control command. Freewheels can be distinguished in particular by the way they achieve their blocking effect. Preferably freewheels can be classified in groups with positive and frictional locking function.
  • the group of positive freewheels has pawl freewheels with internal or external teeth and rotationally actuated tooth or dog clutches.
  • freewheels can be classified with axial and radial clamping function.
  • the group of freewheels with radial clamping function has clamping roller freewheels with inner or outer star, sprag clutches, spring belt free runs.
  • the group of freewheels with axial clamping function has axial freewheels, such as screw friction clutches, and axial freewheels with cone. Freewheels can also be constructed from a combination of the mentioned functional principles.
  • the clutches mentioned today are well-known torque transmission devices. By using these torque transmission devices, in particular from at least one of the groups mentioned, a combined drive system can be set up at short notice.
  • the torque transmission from the secondary drive shaft to an output device can be influenced, preferably interruptible. This interruption of the torque transmission is achieved in particular by a torque transmission device.
  • the torque-conducting connection between the secondary drive machine and the output device may in particular have two states.
  • a torque is preferably transmitted from the secondary drive machine to the output device.
  • a second state preferably no torque is transmitted from the secondary drive machine to the output device.
  • the entire or at least the predominant part of the energy stored in the vehicle can be transmitted to the primary drive machine. This ensures that the energy stored in the vehicle, at least partially, can be stored in the energy storage device. Thus, in particular the range of the motor vehicle is increased and the emissions caused reduced.
  • the torque transmission device between the secondary drive machine and the output device is designed as an overrunning clutch.
  • this torque transmission device is a freewheel and particularly preferably a switchable freewheel.
  • it is achieved by a freewheel that the secondary drive machine transmits power to the output device only in the case when the rotational speed of the secondary drive shaft is greater than the rotational speed of an input element of the output device.
  • a power flow from the output device to the secondary Drive machine is prevented in particular by a freewheel, preferably by a switchable freewheel.
  • a transmission shaft of a transmission device is held non-rotatably, i. that this transmission shaft can no longer rotate with respect to another element, in particular with respect to the transmission housing.
  • a gear shaft is to be understood in particular as a sun gear or a sun gear shaft, a hollow wheel or a ring gear shaft, a planet wheel or a planet wheel shaft or a planetary gear carrier.
  • This transmission shaft is preferably held against rotation by a torque transmission device.
  • this torque transmission device is a multi-disc brake.
  • a transmission shaft of a transmission device is connected to a second transmission shaft, whereby these two transmission shafts have the same speed.
  • the connection of the two transmission shafts is preferably achieved by a torque transmission device.
  • At least one torsional vibration damper is arranged, which is intended to reduce torsional vibrations.
  • a torsional vibration is to be understood in particular as meaning a mechanical vibration which takes place by one degree of freedom of a rotary system.
  • the damping of the torsional vibrations reduces dynamic stress on combined drive system equipment, improves NVH performance and increases user comfort.
  • the one or more torsional vibration dampers are preferably selected from a group of mechanical and / or electrical torsional vibration dampers which damp vibrations due to different physical effects.
  • a torsional vibration damper reduces the amplitude of the torque oscillation which is applied by the secondary drive machine to the output device.
  • the torsional vibration damper reduces the amplitude of this torque oscillation by more than 10%, preferably by more than 50%, and more preferably by more than 90%.
  • the group of the preferred torsional vibration damper preferably includes one-, two-, three- or multi-mass flywheels, in which preferably also the resonance behavior for damping is used. Further, the group includes torsional vibration dampers which preferably damp a torsional vibration by producing a mechanical vibration having a certain phase relationship with this torsional vibration. Preferably, the mechanical vibration of the
  • Torsional vibration damper essentially in phase opposition to this torsional vibration.
  • the group of preferred torsional vibration dampers also includes torsional vibration dampers whose natural frequency can be changed.
  • the natural frequency of a torsional vibration damper is variable by a centrifugal pendulum and / or by another device which responds to the rotational speed of the torsional vibration damper.
  • the group of preferred torsional vibration dampers also includes dampers in which torsional vibrations are damped by an electromechanical actuator device.
  • an electromechanical actuator device and / or by the primary drive machine generates a mechanical vibration with a specific phase relationship to this torsional vibration.
  • compensation oscillations can preferably also be generated, as has already been explained above with reference to the primary drive machine.
  • This can either be the data the engine control and / or data obtained from vibration sensors which are arranged at one or more locations of the drive train to absorb vibrations. It is also possible, alternatively or additionally, to detect the oscillations in the electric field of the primary drive machine. From these detected vibrations, compensatory vibration movements can be calculated, which are then generated by torsional vibration dampers.
  • Such active torsional vibration damping is particularly advantageous when an internal combustion engine is used as a secondary drive machine, which has only two or even only one cylinder and is designed as a reciprocating engine.
  • the group of preferred torsional vibration dampers also includes dampers which, as a physical operating principle, use the internal friction of elastic materials.
  • dampers which, as a physical operating principle, use the internal friction of elastic materials.
  • elastomer dampers damp vibrations with the internal friction of an elastic material.
  • the group of preferred torsional vibration dampers also includes dampers in which the fluid friction or the flow resistance of a fluid is used as a physical operating principle.
  • dampers in which the fluid friction or the flow resistance of a fluid is used as a physical operating principle.
  • gas spring and viscous dampen vibrations with fluid friction, in particular by flow resistance.
  • a motor vehicle with a combined drive system has a second energy storage device, in particular for storing energy for the secondary drive machine.
  • energy is preferably stored in chemically bound form.
  • the chemically bound energy is preferably bound in a liquid, gaseous or solid fuel.
  • the fuel is preferably stored at a storage pressure which is increased relative to the ambient pressure or preferably at a pressure substantially corresponding to the ambient pressure.
  • the fuel preferably contains at least a proportion of hydrocarbon.
  • Such a fuel preferably has at least a proportion of petrol, diesel, turbine fuel (petroleum), vegetable oil, esterified vegetable oil (bio-diesel), alcohol (methanol, ethanol, butanol) and benzene, liquefied natural gas (liquefied petroleum gas), Xtl fuel (Coal, Gas, Biomass to Liquid), Natural Gas (Compressed Natural Gas), Methane, Ethane, Biogas (Synthetic Natural Gas), Dimethyl Ether and Hydrogen or a mixture of at least two of these fuels.
  • This fuel is preferably stored in a container and preferably converted into thermal energy in an exothermic reaction, which thermal energy can preferably be used indirectly for driving the motor vehicle and / or for controlling the temperature of the motor vehicle.
  • thermal energy is generated at various facilities. This thermal energy arises in particular during operation of a primary drive machine, a secondary drive machine, a transmission device, an energy storage device and a control device for controlling the combined drive system.
  • the various devices of a combined drive system have a particularly dependent on the temperature efficiency.
  • the efficiency of an energy storage device is low when it is operated at a low temperature.
  • at the control device generates thermal energy, due to an efficiency less than one.
  • the temperature-conducting connection can preferably be used to transmit thermal energy from the control device to the energy storage device.
  • the thermal energy is preferably transferred to the temperature line to a fluid. This fluid is preferably passed through an open or closed device.
  • the line of thermal energy is preferably based on the fact that the thermal energy is dissipated by a device at which it is produced and fed to a device, which achieves better efficiency at a temperature higher than their present one.
  • the efficiency of the same is preferably increased and thus increases the efficiency of the combined drive system and thus the range of the motor vehicle.
  • the combined drive system comprises at least one primary drive machine, a secondary drive machine and a transmission device.
  • at least two of these components or all of a common fluid flow flows through or through. Heat energy from at least one of these components is preferably transferred to at least one other by this common flow of fluid.
  • the fluid of the common fluid stream is preferably a lubricating oil, preferably a mineral oil or a synthetic oil.
  • the reversal of the direction of travel of the motor vehicle is achieved by reversing the direction of rotation of the primary drive machine.
  • a transmission shaft connected to the output device, in particular directly or indirectly is held in a rotationally fixed manner by a torque transmission device.
  • this transmission shaft can not be held by the torque transmission device rotatably.
  • This torque-transmitting device is preferably a self-retaining torque-transmitting device or a torque-transmitting device in which no external force is supplied to maintain at least one operating state.
  • a self-retaining torque transmission device is understood to mean a torque transmission device which engages without the action of an external force Torque transfers.
  • This torque transmission device is preferably a detent connection or a claw coupling.
  • a parking brake can be realized in a simple and energy-efficient manner by means of a self-holding torque transmission device, and thus an improved drive system can be represented.
  • a method for operating a combined drive system for a motor vehicle is preferably used to achieve high energy efficiency combined with good performance.
  • the combined drive system has at least one primary drive machine, a secondary drive machine, an energy storage device and an output device.
  • the secondary drive machine drives and the primary drive machine is driven by the primary drive shaft and the energy generated thereby is at least partially stored;
  • the primary drive machine drives and the secondary drive machine is at a standstill
  • the primary drive machine is driven by the primary drive shaft and the secondary drive machine is at a standstill or idle;
  • This method preferably places the combined drive system in different operating states as a function of different boundary conditions.
  • the operating state of the combined drive system and the operating requirements by the user are used.
  • boundary conditions are, in particular, the state of charge of the energy store, the driving intention of the user, such as, for example, acceleration or travel speed, information about the route which should be placed, such as slope, slope and distance and information on other environmental wine flows, such as the ambient temperature.
  • this method is carried out by at least one control device.
  • a control device is preferably to be understood as a device which has at least one arithmetic unit for comparing data.
  • a control device has at least one data memory for storing data and at least one device for reading in or inputting data. This control device preferably detects at least one of the following operating variables directly or indirectly:
  • At least the jounce state of a suspension device At least the jounce state of a suspension device.
  • information about the individual components of the combined drive system is stored in the control device or the data memory.
  • Such information preferably contains information on technical data, preferably on the efficiencies of the components of the combined drive system.
  • control device may also preferably process information which is supplied externally by radio by external transmitters and in particular by the Internet.
  • This information preferably contains data on the current and expected traffic situation, in particular on traffic congestion, the weather or weather development and the like.
  • the combined drive system is controlled taking into account the detected values.
  • the operation quantities are detected, compared with stored data and a control command created.
  • the difference between the rotational speed of the secondary drive shaft and the rotational speed of a transmission input shaft or the rotational speed of the primary drive shaft is detected. In particular, these speeds are compared. If this difference is greater than or equal to zero, in particular the power is transmitted from the secondary drive machine to the output device.
  • This power transmission is made possible in particular by a torque transmission device.
  • the torque transmission device is actuated or engaged in particular after the comparison of the rotational speeds and at a rotational speed difference which is substantially zero or greater than zero.
  • the state of charge of the energy storage device is detected.
  • a power flow from the secondary drive machine to the primary drive machine is only allowed if the state of charge the energy storage device falls below a limit stored in the control device.
  • this limit value depends on at least one of the following variables:
  • the power flow from the secondary drive machine to the primary drive machine is controlled so that the secondary drive machine is operated by the additional output power in a region with more favorable efficiency.
  • 1 shows a characterization of drive systems based on the installed power of the primary drive machine and the secondary drive machine
  • 2 shows the energy content of the electrical energy storage device for different combined drive systems
  • 3 shows the number of gear ratios and the range achievable with the primary drive machine for combined drive systems
  • FIG. 4 shows an embodiment of a combined drive system with a primary drive machine and a secondary drive machine
  • FIG. 5 shows an embodiment of a combined drive system with a relative to the secondary drive machine coaxially aligned primary drive machine
  • FIG. 6 shows a combined drive system with a matching transmission device for adapting the rotational speed of the primary drive machine to the rotational speed of the secondary drive machine
  • Fig.7 a combined drive system with a torsional vibration damper, a
  • FIG. 8 shows a combined drive system with a switchable transmission device and a matching transmission device
  • Fig.10 a combined drive system with a planetary gear device as
  • Fig.11 a combined drive system with a planetary gear device as
  • FIG. 14 shows some possible arrangements and combinations of secondary drive machine, vibration damper, torque transmission device and overrunning clutch;
  • FIG. 15 shows the relationships between the rotational speed adaptation between the primary drive machine and the secondary drive machine;
  • FIG. 18 shows the rotational speed relationships for a combined drive system with planetary gear device between the rotational speed of the planet carrier and the rotational speed of the ring gear
  • FIG. 19 shows the power requirement and the speed of a motor vehicle with a combined drive system, with a small secondary drive machine, in the Extra Urban Driving Cycle (EUDC);
  • EUDC Extra Urban Driving Cycle
  • FIG. 20 shows the power requirement and the speed of a motor vehicle with a combined drive system, with a secondary drive machine enlarged in comparison with FIG. 18, in the Extra Urban Driving Cycle (EUDC);
  • FIG. 21 energy demand as a function of the output of the secondary drive machine for a motor vehicle with a combined drive system during the Extra Urban Driving Cycle (EUDC);
  • FIG. 22 shows a comparison of the deliverable power of a combined drive system without switchable transmission device for the electrical path (serial hybrid) with the mechanical path (mechanical drive-through);
  • FIG. 23 shows a comparison of the deliverable power of a combined drive system with switchable transmission device (, in) for the electrical path (serial hybrid) with the mechanical path (mechanical drive-through);
  • Fig.24 a comparison of the efficiencies of the electrical drive path (serial
  • Hybrid and the mechanical drive path (mechanical through drive), with shiftable transmission device, for combined drive systems;
  • FIG. 25 shows the course of the electrical range over the nominal battery capacity taking into account the battery weight for a motor vehicle with a combined drive system
  • Fig.26 a combined drive system with a planetary gear device as
  • FIG. 1 shows the characterization of combined drive systems, this characterization being based on the distribution of the total drive power between the primary drive machine and the secondary drive machine. Based on this classification, four drive systems can be characterized today.
  • the area D M in FIG. 1 identifies the area in which a combined drive system according to the invention can be arranged.
  • the primary drive machine of the drive concept according to the invention based on their performance, larger than the secondary drive machine. This characterization is shown in the restricted area Di.
  • the combined drive system according to the invention has a power split between the secondary drive machine and the primary drive machine, which is characterized by the range Di.
  • the primary drive machine is larger than the secondary drive machine.
  • FIG. 2 shows the preferred storage capacity, also referred to as the battery size, of the electrical energy storage device for a combined drive system plotted against the power split between the secondary drive machine and the primary drive machine.
  • the battery size is between 2 kWh and 50 kWh.
  • Figure 2 shows that it is crucial for the battery size, as the drive power is distributed between the secondary drive machine and primary drive machine. The larger the primary drive machine and the smaller the secondary drive machine, the greater the battery capacity.
  • the electrical energy storage device is a device which systemically has a high specific gravity. It follows that the vehicle weight increases sharply with increasing electrical energy storage device.
  • FIG. 2 shows that the battery capacity of a drive system according to the invention lies between 4 kWh and 20 kWh.
  • Figure 2 it can be seen that the battery capacity of today's conventional electric vehicles, so 100% prime mover, at about 20 kWh - 60 kWh, these vehicles have systemic due to a higher weight than a motor vehicle according to the invention.
  • a combined drive system thus represents an efficient solution for driving a motor vehicle, in particular if this motor vehicle is to be able to operate emission-free over longer distances.
  • FIG. 3 shows that both the usual today number of switching stages of a transmission device is shown, as well as the primary range, each on the power distribution between see the secondary and the primary drive machine for a motor vehicle with a combined drive system.
  • Figure 3 it can be seen that today common motor vehicles with pure internal combustion engine drive (100% secondary drive machine) have between 6 and 8 switching stages.
  • FIG. 3 shows that the combined drive system according to the invention is advantageously designed with two to four gear shift stages.
  • a primary drive machine can be used which reduces its drive power when the vehicle is driving continuously at high speed and with low torque. gives. This power delivery allows the use of a small and lightweight primary drive machine.
  • the primary range is to be understood as the range which a motor vehicle with a combined drive system can achieve if it is driven exclusively by the primary drive machine.
  • a motor vehicle with a combined drive system according to the invention achieves with its small and light energy storage device a primary range of substantially 100 km.
  • FIG. 4 shows the basic concept of a combined drive system according to the invention.
  • 4 has a primary drive machine 1 with a primary drive shaft 1.1, a secondary drive machine 2 with a secondary drive shaft 2.1, an output unit 3, wherein this output unit 3 can have a switchable transmission device, a drive element of the vehicle 4, an energy storage device 5 and a power electronics 6.
  • the energy storage device 5 supplies via the power electronics 6, the primary drive machine 1 with electrical energy.
  • the electrical energy is converted into drive power and delivered to the primary drive shaft 1.1.
  • the output unit 3 the drive power of the primary drive machine 1 is passed to the drive element of the vehicle 4.
  • the secondary drive machine 2 can be connected to the output unit 3 and the drive element of the vehicle 4 via a torque transmission device 8, here preferably designed as a clutch.
  • chemically bound energy is converted into mechanical drive power and delivered to the secondary drive shaft 2.1. From the secondary drive machine 2 and from the primary drive machine 1, the mechanical drive through to the drive element of the vehicle 4 is possible in each case. This mechanical drive ensures high efficiency of the combined drive system.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a combined drive system according to the invention.
  • the energy storage device and the power electronics are not shown.
  • This combined drive system according to the invention has a secondary drive machine 2, a torsional vibration damper 7, a torque transmission device 8, here preferably designed as a clutch, a primary drive machine 1, which with its primary drive shaft 1 .1 connected to the output unit 3 is and a drive element of the vehicle. 4
  • the secondary drive machine 2 and the primary drive machine 1 are coaxially aligned coaxially with each other.
  • a torsional vibration damper 7 is attached at the secondary drive shaft 2.1 .
  • the torsional vibration damper 7 is connected to the input side of the torque transmission device 8.1.
  • the output side of the torque transmitting device 8.2 is connected to the primary drive shaft.
  • This torsional vibration damper 7 mechanical torsional vibrations are damped.
  • the mechanical components between this torsional vibration damper 7 and the drive element of the vehicle 4 are less heavily loaded. Due to the lower load, the mechanical components can be made smaller and lighter.
  • the torque transmission device 8 With the torque transmission device 8, the power flow from the secondary drive machine 2 to the primary drive machine 1, and vice versa, can be interrupted.
  • the power flow to the secondary drive machine 2 is interrupted in particular in overrun operation of the motor vehicle.
  • This is characterized in that not the drive power of the prime mover is used to overcome the driving resistance (driving), but that the potential and / or kinetic energy stored in the motor vehicle is directed to at least one of the drive machines (1, 2), preferably to the primary prime mover.
  • the primary drive machine 1 the potential and / or kinetic energy of the motor vehicle in to drive the Vehicle reusable energy converted and stored in the energy storage device (not shown).
  • the proportion of energy that can be stored in the energy storage device is preferably increased, thereby increasing the efficiency of the motor vehicle with the combined drive system according to the invention.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a drive system according to the invention.
  • the energy storage device and the power electronics are not shown.
  • This combined drive system according to the invention comprises a secondary drive machine 2, a torsional vibration damper 7, a torque transmission device 8, here preferably designed as a clutch, a fitting gear device 10a, a primary drive machine 1, an output unit 3 and a drive element of the vehicle.
  • the primary drive machine 1 is connected to the secondary drive machine 2 via the matching transmission device 10 a in this combined drive system.
  • the secondary drive shaft 2.1 is connected via the torsional vibration damper 7 to the input side of the torque transmission device 8.1.
  • the output side of the torque transmitting device 8.2 is connected to the matching gear device.
  • the speeds are different, in which the primary drive machine 1 or the secondary drive machine 2 deliver their drive power with a high degree of efficiency.
  • the rotational speed of the primary drive shaft 1.1 it is possible to adjust the rotational speed of the primary drive shaft 1.1 to the rotational speed of the secondary drive shaft 2.1. It should be understood by adjusting the speeds that the primary drive machine 1 and the secondary drive machine 2 can deliver their drive power for driving the motor vehicle in wide operating ranges near their optimum efficiency. This speed adaptation thus results in a lightweight and efficient combined drive system.
  • FIG. 7 shows a further exemplary embodiment of a drive system according to the invention.
  • the energy storage device and the power electronics are not shown.
  • the combined drive system shown in FIG. 7 largely corresponds to the combined drive system shown in FIG.
  • the secondary drive shaft 2.1 is coupled via a torsional vibration damper 7, an overrunning clutch 9, a torque transmission device 8, here preferably designed as a clutch, with an input side 8.1 and an output side 8.2 with the primary drive shaft 1.1.
  • an overrunning clutch 9 the power flow from the primary drive machine 1 and / or the drive element of the vehicle 4 to the secondary drive machine 2 or vice versa can be prevented in a simple manner.
  • This combined drive system has a shiftable transmission device 10c with two gear ratios, a transmission input element 10.1 and a transmission output element 10.2.
  • the primary drive machine 1 is connected via the shiftable transmission device 10 c to the drive element of the vehicle 4.
  • the shiftable transmission device 10c results on the one hand the advantage of adapting the power delivery of the primary drive machine 1 and / or the secondary drive machine 2 to the load requirements of the motor vehicle.
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of a drive system according to the invention.
  • the energy storage device and the power electronics are not shown.
  • This combined drive system according to the invention has a secondary drive machine 2, a torsional vibration damper 7, a torque transmission device 8, here preferably designed as a clutch, a matching transmission device 10a, a primary drive machine 1, a switchable transmission unit. direction 10c, an output unit 3 and a drive element of the vehicle 4.
  • this combined drive system has a shiftable transmission device 10c, in order to be able to preferably adapt the drive torque in several stages to the travel resistances.
  • the secondary drive shaft 2.1 is connected via the torsional vibration damper 7 to the input side of the torque transmission device 8.1.
  • the output side of the torque transmitting device 8.2 is connected to the matching gear device.
  • the matching transmission device 10a allows an adaptation of the rotational speeds of the primary drive shaft 1.1 and the secondary drive shaft 2.1 to one another. Depending on the system, the speeds are different, in which the primary drive machine 1 or the secondary drive machine 2 deliver their drive power with a high degree of efficiency.
  • the configuration of the combined drive system shown in FIG. 8 makes it possible to better match the torque of the drive machines (2, 1) with the switchable transmission device to the load requirements from the travel resistances. This adaptation thus results in a lightweight and efficient combined drive system.
  • FIG. 9 shows a further exemplary embodiment of a drive system according to the invention.
  • the energy storage device and the power electronics are not shown.
  • the combined drive system shown in FIG. 9 essentially corresponds to the combined drive system illustrated in FIG.
  • the shiftable transmission device is designed as a planetary gear device 10b. This has a gear housing 10.3, a ring gear 10b.3, a sun gear 10b.1, a planet carrier 10b.2 and planet gears 10b.4.
  • the sun gear 10b.1 is connected via a torque transmission device 8, preferably designed here as a clutch, with the planet 10b.2.
  • a torque transmission device 8 By connecting the sun gear 10b.1 with the planet carrier 10b.2, this is achieved by the torque transmission device 8, sets a speed ratio between the transmission input member 10.1 and the transmission output member 10.2 of 1: 1.
  • the ring gear 10b.3 is rotated by an overrunning clutch 9 in a direction of rotation supported on the gear housing 10.3 of the planetary gear device 10b.
  • the transmission input element 10.1 is connected to the sun gear 10b.1.
  • the transmission output element 10.2 is connected to the planet 10b.2.
  • the ring gear 10b.3 is connected via a further torque-transmitting device 8a, here preferably designed as a braking device with the transmission housing 10.3 connectable.
  • the planetary gear device 10b shown in Figure 9 can be a switchable transmission device in a simple manner, here a two-speed manual transmission.
  • the first switching stage is provided to overcome when driving the motor vehicle large driving resistances.
  • the torque transmission device 8 is opened between the planet carrier 10b.2 and the sun gear 10b.1.
  • the second switching stage has a ratio of 1: 1. By this ratio, a particularly high efficiency in the power transmission is achieved.
  • the torque transmitting device 8 is closed between the planet carrier 10b.2 and the sun gear 10b.1, i. the planet carrier 10b.2 and the sun gear 10b.1 can not rotate relative to each other.
  • the secondary drive shaft 2.1 is connected via a torsional vibration damper 7 to the input side 8b.1 of a further torque transmission device 8b, here preferably designed as a clutch.
  • the output side of the torque transmitting device 8b.2 is connected to the matching gear device 10a.
  • FIG. 10 shows a further exemplary embodiment of a drive system according to the invention.
  • the energy storage device and the power electronics are not shown.
  • the input side of the torque transmission device 8.1 is connected to the torsional vibration damper 7.
  • the output side of the torque transmitting device is 8.2 with a second transmission input element 10.4 and thus connected to the planet carrier 10b.2.
  • the planet 10b.2 is supported by an overrunning clutch 9 in a rotational direction on the gear housing 10.3 of the planetary gear device 10b.
  • the planet 10b.2 is connected via a further torque-transmitting device 8a, here preferably designed as a braking device with the transmission housing 10.3 connectable.
  • the planet carrier 10b.2 is connected to the primary drive shaft 1.1 via a further torque transmission device 8b, here preferably designed as a clutch connected.
  • a further torque transmission device 8b here preferably designed as a clutch connected.
  • FIG. 16 shows the corresponding speed ratios for the combined drive system in FIG. Due to the variable adjustment of the speed ratio of the planetary gear device 10b, the secondary drive machine 2 can be operated by a load point shift in a respective favorable operating point and thus an increase in efficiency of the combined drive system can be achieved. In addition, at standstill of the vehicle, the energy storage device (not shown) via the primary drive machine to be filled with energy.
  • FIG. 11 shows a further combined drive system.
  • the energy storage device and the power electronics are not shown.
  • the secondary drive shaft 2 via a torsional vibration damper 7 and a torque transmission device 8, preferably designed here as a clutch, with a second transmission input element, here the sun gear 10b.1, the planetary gear device 10b connectable.
  • the power flow between the secondary drive machine 2 and a second transmission input element 10b.1 of the planetary gear device 10b is through the torque transmission device 8 with a Input side 8.1 and an output page 8.2 interruptible.
  • the primary drive shaft 1.1 is connected to a transmission input element 10.2 and thus to the sun gear 10b.1 of the planetary gear device 10b.
  • the drive element of the vehicle 4 is connected to the transmission output element 10.2 and thus to the planet carrier 10b.2.
  • the ring gear 10b.3 of the planetary gear device 10b is supported on the transmission housing 10.3 of the planetary gear 10b via an overrunning clutch 9 or via a further torque transmission device 8a, here preferably designed as a braking device.
  • the primary drive shaft 1.1 is connected via a further torque transmission device 8b, here preferably designed as a clutch, with the planet 10b.2 connected.
  • FIG. 12 shows a further exemplary embodiment of a drive system according to the invention.
  • the energy storage device and the power electronics are not shown.
  • the combined drive system shown in FIG. 12 essentially has the same elements as the combined drive system shown in FIG. 11.
  • the secondary drive machine 2 and the primary drive machine 1 are aligned coaxially in alignment with one another.
  • the secondary drive machine 2 and the primary drive machine 1 can be connected to the drive element of the vehicle 4 by a planetary gear device 10b.
  • the secondary drive shaft 2.1 is provided with a torque transmission device 8, here preferably designed as a clutch, which has an input side 8.1 and an output side 8.2, connectable to the primary drive shaft 1.1.
  • the primary drive shaft 1.1 is connected to the sun gear 10b.1 by the transmission input element 10.1.
  • the planet 10b.2 is connected to a further torque transmission device 8a, here preferably designed as a clutch with the sun gear 10b.1 connectable.
  • the ring gear 10b.3 forms the transmission output element 10.2 and is connected via the output device 3 to the drive element of the vehicle 4.
  • the planet 10b.2 is connected via an overrunning clutch 9 and another torque transmission device 8b, here preferably designed as a braking device, with the transmission housing 10.3 of the planetary gear device 10b connectable.
  • the planetary gear device 10b has a speed ratio of 1: 1.
  • the combined drive system illustrated in FIG. 12 has no matching transmission device 10a. Due to the omission of the matching transmission device 10a is to assume that the efficiency in the power transmission increases and that at the same time the moment of inertia of the primary drive machine can be advantageously used for the vibration damping of the secondary drive machine.
  • FIG. 13 a full-hybrid drive which is customary today is shown systematically as state of the art.
  • This combined drive system has an energy storage device 5, two power electronics units 6, a primary drive machine 1, a generator 1 1, a secondary drive machine 2, a torque transmission device 8, an output unit 3 and a drive element of the vehicle Full hybrid drive system results on the one hand the advantage that two complete drive systems are combined and thus very high performance can be realized.
  • Push operation can be recovered (recuperate), that in practice, this proportion but less fails, since recuperation a multiple energy conversion is necessary. It follows that, despite the possibility of recuperation, a light motor vehicle can be operated more efficiently than a heavy motor vehicle.
  • FIG. 14 shows various possibilities of how the secondary drive machine 2 can be combined with torque transmission devices 8, here preferably as a clutch, or with torsional vibration dampers 7.
  • torque transmission devices 8 here preferably as a clutch
  • torsional vibration dampers 7 When the secondary drive machine 2 is implemented as a prime mover with torsional vibration output torque, e.g. in today usual reciprocating engines is the case, so it makes sense to combine the secondary drive machine 2 with a torsional vibration damper 7.
  • the mass moment of inertia of the primary drive machine can be advantageously used for vibration damping.
  • the prime mover is used as a mass of a two-mass flywheel.
  • the secondary drive machine 2 is combined with a torsional vibration damper 7 for torsional vibration damping in FIGS. 14 a, 14 b and 14 d. If the greatest possible part of the potential and / or kinetic energy stored in the motor vehicle is to be recovered and stored in the energy storage device (not shown), then it makes sense to be able to interrupt the power flow to the secondary drive machine 2 by a torque transmission device 8. This interruption of the power transmission to the secondary drive machine 2 can be achieved by a torque transmission device 8.
  • the secondary drive machine 2 is combined with a torque transmission device 8 in FIGS. 14a, 14b and 14c.
  • a torque transmission device 8 in FIGS. 14a, 14b and 14c.
  • additional possibilities for increasing the efficiency or for increasing the comfort of the combined drive system can be achieved.
  • the combination possibilities of the secondary drive machine 2 shown in FIGS. 14a-14d with further devices (7, 8, 9) can in principle be combined with any combined drive system according to the invention.
  • there are preferable embodiments of the secondary drive machine 2 with the further devices (7, 8, 9). A certain selection of these preferable combination possibilities is shown in FIGS. 5-12.
  • FIG. 15 shows the relationship between the rotational speed of the primary and secondary drive machine and the vehicle speed for a combined drive system according to the invention.
  • the illustration in FIG. 15 is based on the assumption that the combined drive system has no shiftable transmission device. However, the basic considerations of Figure 15 also apply to combined drive systems with a switchable transmission device.
  • the primary drive machine is selected so that its maximum speed n pri max is higher than the maximum speed of the secondary drive machine n se k_ m ax-
  • n se k_var 0 torque delivered can. This applies, for example, to today's conventional reciprocating engines. This area is marked with n 0 . Due to the proportional relationship of the two rotational speeds n pr i_ va r and n se k_ va r in each case with the vehicle speed, the rotational speed of the secondary drive machine n se k_var can be reduced to the rotational speed of the primary drive machine n pr j_ by a transmission device with only one discrete gear ratio. var , or vice versa.
  • Combined drive systems in which such speed adjustments are performed by a matching transmission device are shown, for example, in FIG. 6 and FIG. Due to the property of the secondary drive machine in the range n 0 , a torque transmission device for separating the power transmission of the secondary drive machine to the combined drive system is necessary.
  • Combined Neten drive system with a torque transmission device for separating the power transmission are shown for example in Figure 5 to 12.
  • FIG. 16 shows the relationship between the rotational speed difference between the primary npri max and the secondary drive machine n se k_max with the weight, the installation space and the costs which an adaptive transmission device necessary for adapting these rotational speeds causes.
  • This area is marked IG. It can be seen in Figure 16 that a low rotational speed of the primary n pri _ m ax and the secondary mover n se k_max tends to result in high weight, space requirements and cost of the transmission mechanism, since a transmission device comprising (a constant power PC ) transmits, with decreasing speed, the torque increases.
  • the power-transmitting components in the transmission device are dimensioned with regard to the torque to be transmitted. Therefore, high speeds tend to lead to lighter components.
  • a light motor vehicle with a combined drive system can be operated more efficiently than a heavy one.
  • the system-related power losses increase with increasing speeds. These in turn worsen the efficiency of a combined drive system.
  • FIG. 17 shows the relationship between the efficiency n ges of the combined drive system and the urgency Q for the active generation of electrical energy.
  • the secondary drive engine delivers both power to overcome the driving resistance, as well as the primary drive machine for generating electrical energy drives.
  • the energy generated in the primary prime mover is stored in the energy storage device.
  • the urgency Q depends on various parameters. Such parameters are preferably the current state of charge of the energy storage device, route information and environmental parameters as well as input possibilities of vehicle occupants.
  • the thingness Q preferably increases when the energy content of the energy supply cher Published is low and vice versa.
  • the energy content of the energy storage device is high - preferably electrical energy is only generated actively if this generation can be carried out at a high efficiency n ges of the combined drive system. If the urgency Q high, the combined drive system is controlled so that the power is actively generated, although this ge in a poor efficiency x] s occurs.
  • the ⁇ threshold In the ⁇ -threshold, the aforementioned conditions are linked to a charging strategy with the possibility of active energy generation.
  • the ⁇ -threshold is preferably limited by a lower value ⁇ 2 and / or an upper value ⁇ .
  • 2 value prevents the constant switching between an operating state with active power generation and an operating state without active power generation.
  • FIG. 18 shows qualitatively speed ratios of a planetary gear device, as shown by way of example in FIG.
  • the line marked with a in FIG. 18 represents the rotational speed for the ring gear.
  • the line marked b represents the speed of the planet carrier.
  • the ring gear is connected to the drive element of the vehicle.
  • the planet carrier can optionally be connected to the secondary drive machine and / or to the output shaft of the primary drive machine.
  • the planetary gear device By superimposing the speed of the secondary drive machine with the speed of the primary drive machine, the planetary gear device can be operated in the speed range marked with c with continuously variable speed ratio.
  • the planetary gear device can also be operated with a discrete speed ratio of 1: 1.
  • the speed range c is limited n se k_max and n pri _ m ax according o- ben by the maximum possible speeds of the drive machine and down through the variably adjustable rotational speed of the secondary drive machine n se k_var and the lowest with the secondary mover representable speed n se k_min-
  • the speed n se k_min is, for example, the idling speed of a reciprocating engine.
  • the speed n se k_var the secondary drive machine preferably adjusted so that sets a high efficiency for the combined drive system.
  • the sun gear of the planetary gear device can be connected to the planet carrier.
  • a speed ratio of 1: 1 is achieved for the planetary gear device.
  • chosen differently to avoid frequent switching operations and to enable energy-efficient operation.
  • the changeover to the range of the ratio 1: 1 is carried out in particular when constant driving resistances are overcome, as for example in the case of a constant speed overland journey.
  • the superposition of the two speeds of the drive machines and the possibility of a 1: 1 ratio of the planetary gear device thus enables energy-efficient operation of the combined drive system.
  • FIG. 19 shows the power demand P and the speed V of a motor vehicle with a vehicle weight of about 1000 kg for a predetermined driving cycle (Extra Urban Driving Cycle, EUDC) which are plotted against time.
  • This driving cycle includes in particular the extra-urban driving with acceleration, constant driving and deceleration phases.
  • FIG. 19 shows the secondary power PS which is generated by the secondary drive machine in this drive cycle.
  • the secondary power PS is below the power requirement P of the motor vehicle during the acceleration and constant-speed phases.
  • a motor vehicle with a combined drive system which has a Having the secondary drive power shown in FIG. 19 can not actively generate electrical energy during the illustrated drive cycle.
  • the nominal secondary power is to be understood as the power which a secondary drive machine can deliver permanently. Because there are no charging potentials due to the low nominal secondary power during normal driving, the achievable driving distance is highly dependent on the size of the energy storage device. Under the charging potential is to be understood that with the secondary drive machine, not only the necessary for the drive of the motor vehicle power is delivered, but that at the same time electrical energy can be actively generated. Active energy generation means that the energy store can be refilled while the vehicle is in motion, thus extending the range of the vehicle.
  • FIG. 20 the same driving cycle is shown as in FIG. 19.
  • a motor vehicle with a vehicle weight of 1000 kg and with a combined drive system passes through this driving cycle, the secondary drive machine having a higher nominal secondary power compared to the motor vehicle illustrated in FIG. Due to the larger nominal secondary power, charging potentials R are produced during the driving cycle in FIG. 20.
  • These charging potentials R preferably result during the constant-speed phases, in particular when the speed V is not high.
  • the secondary power PS is preferably greater than the power requirement P.
  • electrical energy can be actively generated during the journey.
  • the combined drive system according to the invention therefore has, on the one hand, an electrical energy storage device which can already be filled with electrical energy (ES) at the start of the journey of the vehicle.
  • ES electrical energy
  • such a combined drive system has a secondary drive machine, which directly provides energy for driving the vehicle (MED) and can deliver power to the active electrical power generation while driving. At most, with such a system, the electric power (EM) can be generated.
  • MED vehicle
  • EM electric power
  • the drive power which can be provided by different combined drive systems for driving a motor vehicle, is shown above the speed which a motor vehicle achieves with such a drive system.
  • two fundamentally different operating states of combined drive systems are compared.
  • this is an operating state of a combined drive system in which all drive elements of the vehicle are supplied with drive power exclusively by the primary drive machine, this drive power being generated in the secondary drive machine and being converted into electrical energy in a generator.
  • This electrical energy is passed either to the primary drive machine and / or stored in an electrical energy storage device.
  • This operation ⁇ state of a combined drive system is known as serial hybrid drive mode.
  • a serial hybrid drive mode offers the advantage that the speed of the motor vehicle is largely independent of the speed of the secondary drive machine.
  • the secondary drive machine can be operated in a low-efficiency range.
  • additional noise emission and vibration damping requirements of the combined drive system result, so that the full power of the secondary drive machine for driving the motor vehicle can not be used for this speed range.
  • the power theoretically usable with such a drive system for driving a motor vehicle is marked with a in FIG.
  • the described multiple energy conversion from the secondary drive machine to the drive element of the vehicle is associated with an efficiency ⁇ .
  • This efficiency ⁇ results in less than the theoretically possible power a being available for driving the vehicle, so that the actual course of the power indicated by b results in the drive of the motor vehicle.
  • the power for driving a motor vehicle which can preferably be provided with a combined drive system according to the invention, is shown in FIG. 22 and labeled with c.
  • a combined drive system according to the invention it is possible to directly control the power generated in the secondary drive machine, i. without further transformation of the energy form, to be guided to the drive element of the vehicle. This particularly advantageous mode is referred to as mechanical drive.
  • the curve marked c shows the power for driving a motor vehicle with a combined drive system according to the invention with only one fixed gear ratio of the gear direction, which is operated in this drive-through mode. It follows that the rotational speed of the secondary drive machine is largely dependent on the speed of the motor vehicle in a wide range, to a first approximation is proportional to this. If one compares the performance of the two combined drive systems (curves e and b), it can be seen that more power can be provided by a combined drive system in the serial hybrid drive mode than by a drive system according to the invention in drive-through mode for driving the motor vehicle in the low-speed range , Areas to which this performance relationship applies are indicated by d.
  • the combined drive system according to the invention has throughput mode efficiency advantages over the combined drive system in the serial hybrid drive mode.
  • the power which can be provided by the drive system according to the invention for driving the motor vehicle is greater in the areas marked with e than in the combined drive system in the serial hybrid drive mode.
  • FIG. 23 shows the largely identical combined drive systems as in FIG. 22.
  • the difference between FIG. 22 and FIG. 23 is that the combined drive system according to the invention in FIG. 23 has a switchable transmission device with two switching stages and i M.
  • m ech_Durchtrieb is consistently higher than the efficiency a combined propulsion system which is in the serial hybrid propulsion mode.
  • the combined drive system according to the invention thus represents an efficient way to drive a motor vehicle.
  • FIG. 25 shows the profile of the electric range a of a motor vehicle with a combined drive system plotted against the nominal battery size.
  • the amount of energy actually available for driving the motor vehicle of the electrical energy storage device is less than this nominal battery size, since an electrical energy storage device according to the current state of the art should not be completely discharged.
  • the relationship applies that an electrical energy storage device with a larger nominal battery capacity leads to a greater achievable electrical range of the motor vehicle.
  • a larger nominal battery capacity will increase vehicle weight.
  • the fundamental relationship applies that with a larger vehicle weight, the achievable range of the motor vehicle is lower, with otherwise constant boundary conditions.
  • FIG. 25 accordingly shows that the electric range a of a motor vehicle initially increases progressively with the nominal battery capacity.
  • the nominal battery size of the electrical energy storage device is selected so that it is substantially in the range of the maximum slope b of the illustrated function a, ie in the region c.
  • the nominal battery size of the electrical energy storage device is selected so that it is substantially in the range of the maximum slope b of the illustrated function a, ie in the region c.
  • today's conventional electrical energy storage devices result in a nominal battery size for a combined drive system according to the invention in a range of 5 to 15 kWh.
  • FIG. 26 illustrates a combined drive system, as shown substantially in FIG. The energy storage device and the labelectronics are not shown.
  • the secondary drive shaft 2.1 via a torsional vibration damper 7, here preferably designed as a flywheel, and a torque transmission device 8, preferably designed here as a clutch, with a transmission input element 10.1 and thus with the sun gear 10b.1 connectable.
  • the power flow between the secondary drive machine 2 and this transmission input element 10.1 of the planetary gear device 10b can thus be influenced by the torque transmission device 8 with an input side 8.1 and an output side 8.2.
  • the primary drive shaft 1.1 is connected to a transmission input element 10.1 and thus to the sun gear 10b.1 of the planetary gear device 10b.
  • the primary drive machine 1 and the secondary drive machine 2 are thus arranged coaxially aligned with each other.
  • the drive element of the vehicle 4 is connected to the transmission output element 10.2 and thus to the planet carrier 10b.2 by means of an output unit 3, preferably a differential gear device.
  • the planetary gear mechanism 10b has a first gear ratio when the ring gear 10b.3 is still set and the further torque transmission device 8b is open, here preferably designed as a clutch, which is arranged between the planet carrier 10b.2 and ring gear 10b.3.
  • the planet carrier 10b.2 and the ring gear 10b.3 can be non-rotatably connected to one another via a torque transmission device 8b arranged between them, alternatively it is also possible, as shown in FIG. 11, for the planet carrier 10b.2 and the sun gear 10b .1 are connected to each other in the same way by means of a torque transmission device. If the planet carrier 10b.2 and the ring gear 10b.3 are connected to each other and the ring gear 10b.3 is not set still further, the planetary gear device has a second gear ratio of 1: 1.

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Abstract

Ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen kombiniertem Antriebssystem weist wenigstens eine Primär-Antriebsmaschine (1) auf, wobei diese wenigstens eine Primär-Antriebs- welle (1.1) zur Aufnahme oder Abgabe einer Leistung aufweist, wenigstens eine Sekundär- Antriebsmaschine (2), wobei diese wenigstens eine Sekundär-Antriebswelle (2.1) zur Abgabe einer Leistung aufweist, eine Sekundär-Drehmoment-Übertragungseinrichtung (8), wobei diese wenigstens eine Eingangsseite (8.1) aufweist, die mit dieser Sekundär-Antriebswelle (2.1) verbunden ist und wenigstens eine Ausgangsseite (8.2). Durch die Sekundär-Drehmoment-Übertragungseinrichtung (8) ist die Beeinflussung eines von der Eingangsseite (8.1) eingeleiteten und von der Ausgangsseite (8.2) ausgeleiteten Drehmoments möglicht. Zudem weist das kombinierte Antriebssystem wenigstens eine Energiespeichereinrichtung (5) und wenigstens eine Abtriebseinrichtung (3) auf, welche die von der Primär-Antriebsmaschine (1) und/oder die von der Sekundär-Antriebsmaschine (2) abgegebene Leistung dem Fahrzeug als Antriebsleistung zuführt. Diese Primär-Antriebsmaschine (1) kann wenigstens in einem ersten Betriebszustand betrieben werden, in welchem von der Primär-Antriebswelle (1.1) Leistung zum Antrieb des Fahrzeugs abgegeben wird, sowie wenigstens in einem zweiten Betriebszustand, in welchem über die Primär-Antriebswelle (1.1) von der Sekundär-Antriebswelle (2.1) Leistung aufgenommen wird und diese wenigstens teilweise als Energie in der Energiespeichereinrichtung (5) speicherbar ist.

Description

Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antrieb
B e s c h r e i b u n g
Der Entwicklung von straßengebundenen Fahrzeugen mit reinem Elektroantrieb oder gemischten Antrieben mit Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine wird derzeit welt- weit große Aufmerksamkeit zuteil. Dies liegt an den Bemühungen, die Schadstoff-Emissionen, die vom derzeitigen Straßenverkehr ausgehen und insbesondere den Ausstoß von C02, zu reduzieren. Dabei steht der Wunsch im Vordergrund, innerhalb der Städte vollständig emissionsfrei mit Elektroantrieb fahren zu können. Ferner werden heute für den Antrieb von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor praktisch ausschließlich fossile flüssige Kraftstoffe eingesetzt, deren Verfügbarkeit begrenzt ist. Es ist somit zu erwarten, dass die Preise für derartige Kraftstoffe in der Zukunft stark ansteigen werden, was die Notwendigkeit für alternative Antriebe ebenfalls erhöhen wird. Das Angebot von am Markt frei erhältlichen Fahrzeugen mit reinem Elektroantrieb ist derzeit sehr gering. Frei verkäuflich ist z.B. der Tesla Roadster in den USA, der von einem Elektromotor mit 186 KW angetrieben wird und eine Batteriekapazität von insgesamt 53 KWh aufweist. Verschiedene Fahrzeughersteller führen Flottenversuche mit reinen Elektrofahrzeugen durch, so z.B. BMW mit dem Baumuster "Mini E", der Presseveröffentlichungen zufolge einen Antrieb von 150 KW aufweist und über eine Batteriekapazität von 35 KWh verfügt. Das Problem aller reinen Elektrofahrzeuge ist derzeit die begrenzte Reichweite. Auch bei der Verwendung von Hochleistungsbatterien ist es aufwendig, eine Reichweite von über 100 km zu erzielen.
Der amerikanische Automobilhersteller General Motors hat angekündigt (vgl. z.B. die deutsche Ausgabe von Wikipedia), Ende 2010 ein Elektrofahrzeug mit der Bezeichnung Chevrolet Volt auf den Markt zu bringen, welches als Elektrofahrzeug ausgelegt ist, aber zusätzlichen einen kleinen Verbrennungsmotor aufweist, der einen Generator antreibt, mit dem die Batterien wieder aufgeladen werden können. Nach den veröffentlichten Angaben soll das Fahrzeug im Elektrobetrieb eine Reichweite von bis zu 64 km haben. Der Verbrennungsmotor dient hier also zur Erhöhung der Reichweite und wird deshalb als "Range Extender" bezeichnet. Das Konzept wird auch„serieller Hybridantrieb" genannt.
Eine andere Bauart von Fahrzeugen mit kombiniertem Antrieb sind die sogenannten Voll-Hybrid-Fahrzeuge. Diese sind heute schon in größeren Stückzahlen am Markt er- hältlich.
Es ist üblich, dass neue und aufwendige Technologien zunächst in teuren Fahrzeugen eingesetzt werden. Deshalb wird nachfolgend als Beispiel für ein solches Hybridfahrzeug das Baumuster Lexus RX 400h von Toyota beschrieben. Dieses Fahrzeug weist einen quer eingebauten V6-Otto-Motor mit einem Hubraum von 331 1 cm3 auf, der bei 5600 U/min. eine Leistung von 155 KW und bei 4400 U/min. ein Drehmoment von 288 Nm abgibt.
Zum Antrieb der Vorderachse dient ferner ein vorn eingebauter Elektromotor, der bei 4500 U/min. eine Leistung von 123 KW abgibt. Ein für den Antrieb der Hinterachse hinten vorgesehener Elektromotor gibt bei einer Drehzahl von 4610 - 5120 U/min. eine Leistung von 50 KW ab. Ferner weist der Antriebsstrang einen elektrischen Generator mit einer Leistung von 109 KW und eine Traktionsbatterie mit einer Kapazität von 1 ,9 kWh auf. Zur Summierung und Verteilung der Leistungen im Antriebsstrang kommen ein Planetengetriebe mit elektrisch kontinuierlich verstellbarem Drehzahlverhältnis, ein sogenanntes E-CVT-Planetengetriebe und ein Planetengetriebe zur Drehzahlanpassung des vorderen Elektromotors, ein sogenanntes Anpassungs-Planetengetriebe, zum Ein- satz.
Der Antriebsstrang ist wie folgt gestaltet:
Die Ausgangswelle des V6-Otto-Motor ist über einen Torsionsschwingungsdämpfer mit dem Steg des E-CVT-Planetengetriebes. Die Ausgangswelle des elektrischen Generators ist mit der Sonnenradverzahnung des E-CVT-Planetengetriebes verbunden. Die Ausgangswelle des vorderen Elektromotors ist mit der Sonnenradverzahnung des An- passungs-Planetengetriebes verbunden, das ein gemeinsames Hohlrad mit dem E-CVT- Planetengetriebe aufweist, welches beide Planetengetriebe miteinander verbindet.
Die auf dem Steg des E-CVT-Planetengetriebes bzw. auf dem Steg des Anpassungs- Planetengetriebes gelagerte Planeten kämmen mit den jeweiligen Sonnenradverzah- nungen und dem gemeinsamen Hohlrad. Der Steg des Anpassungs-Planetengetriebes ist drehfest gelagert und kann somit keine Drehbewegung um seine Mittelachse ausfüh- ren.
Das gemeinsame Hohlrad weist, in radialer Richtung außen, eine Außenverzahnung auf, die mit einem Zahnrad einer Vorgelegegetriebestufe kämmt, welches mit einer Ausgangswelle mit einem Vorderachsdifferential verbunden ist. Über dieses Vorderachsdiffe- rential wird die Antriebsleistung des V6-Otto-Motors und des vorderen Elektromotors an die Vorderräder verteilt.
Die Antriebsleistung des hinteren Elektromotors wird an die Hinterachse geleitet. Zwischen der Hinterachse und der Vorderachse besteht keine drehmomentleitende Verbin- dung. Das E-CVT-Planetengetriebe ist das zentrale Element zum Steuern des Antriebsstrangs beim RX400h. Es wird während der Fahrt im Hinblick auf einen günstigen Wirkungsgrad gesteuert. Das Drehzahlverhältnis zwischen dem Steg und dem Hohlrad des E-CVT-Planetenge- triebes ist durch die Drehzahl der Sonnenradverzahnung veränderbar. Die Hohlraddrehzahl des E-CVT-Planetengetriebes ist proportional zur Fahrtgeschwindigkeit. Der V6- Otto-Motor wird zur Verbrauchsoptimierung in einem Drehzahlbereich mit möglichst hohem Wirkungsgrad betrieben. Aus dieser Anforderung ergibt sich ein bestimmtes Dreh- Zahlverhältnis zwischen Steg und Hohlrad. Dieses Drehzahlverhältnis wird durch die
Drehzahl des elektrischen Generators, welcher mit der Sonnenradverzahnung gekoppelt ist, eingestellt.
Daraus folgt im Fall des RX400h, dass, zum Betrieb des V6-Otto-Motors in einem Be- triebspunkt mit hohem Wirkungsgrad, ein Teil der durch den V6-Otto-Motor erzeugten Antriebsleistung im elektrischen Generator in elektrische Leistung umgewandelt wird. Soll die so erzeugte elektrische Leistung zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden, muss diese wieder in mechanische Leistung gewandelt werden. Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit einem verbesserten Antrieb zur Verfügung zu stellen. Dieser Antrieb soll mit den heute bzw. kurzfristig verfügbaren technischen Mitteln insbesondere geringeren Verbrauch, geringere Emissionen und erhöhte Reichweite bieten. Diese Aufgabe wird patentgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Zu bevorzugende Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Stand der Technik wurde detailliert anhand eines Fahrzeuges mit einem Leergewicht von über 2000 kg und einer Gesamtleistung von über 200 KW beschrieben. Fahrzeuge dieser Gewichts- und Leistungsklasse stellen nur einen geringen Teil der gesamten Fahrzeugflotte eines Landes dar. Deshalb wird die Erfindung nachfolgend insbesondere anhand einer Fahrzeugkonstruktion beschrieben, deren prozentualer Anteil einer Fahrzeugflotte eines Landes in der Regel erheblich höher ist, nämlich eines Kraftfahrzeuges mit einem Leergewicht von etwa 800 kg bis zu 1200 kg. Vorliegend ist das Leergewicht als Gewicht ohne Batterien zu verstehen. Derartige Fahrzeuge haben in der Regel 4 bis 5 Sitze für Erwachsene und weisen auch einen einigermaßen akzeptablen Kofferraum auf. Sie sind deshalb besonders auch als Fahrzeuge für Städte geeignet. Diese Fahrzeuge werden allgemein und auch vorliegend der sogenannten Kompaktklasse zugerechnet. Es wird aber darauf hingewiesen, dass dieser Hinweis die Anwendung der Erfindung nicht beschränkt. Die Erfindung ist auch bei Fahrzeugen anwendbar, die ein geringeres oder ein höheres Gewicht aufweisen.
Unter einem Kraftfahrzeug ist im Sinne der Erfindung ein Fahrzeug zu verstehen, wel- ches insbesondere zum Transport von Personen und/oder Lasten vorgesehen ist.
Dazu zählen einspurige und insbesondere zweispurige Fahrzeuge und Fahrzeuge mit zwei oder mehr Achsen. Insbesondere zählen dazu Personenkraftwagen vom ein- oder zweisitzigen Kleinwagen bis hin zu den schwereren Fahrzeugen der Oberklasse, kleine und große Busse, sowie leichte und schwere Lastkraftwagen. Gerade bei leichten Lastkraftwagen, die häufig zur Beförderung von Lasten in Städten eingesetzt werden, lässt sich die Erfindung sehr vorteilhaft anwenden.
Unter einem kombinierten Antriebssystem ist eine Vorrichtung zum Antreiben dieses Kraftfahrzeugs zu verstehen.
Unter einer Primär-Antriebsmaschine ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere Antriebsleistung für das kombinierte Antriebssystem zur Verfügung stellt. Vorzugsweise ist die Primär-Antriebsmaschine als elektrische Maschine ausgebildet.
Unter einer Sekundär-Antriebsmaschine ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere eine Antriebsleistung für das kombinierte Antriebssystem zur Verfügung stellt. Die Sekundär-Antriebsmaschine ist vorzugsweise eine Verbrennungskraftmaschine. Unter einer Drehmoment-Übertragungseinrichtung ist eine Einrichtung zum Übertragen eines Drehmoments zu verstehen, welche in der Regel eine Eingangs- und eine Ausgangsseite aufweist. Eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung weist vorzugsweise zwei oder drei Betriebszustände auf. In einem ersten Betriebszustand wird Drehmoment von der Eingangs- auf die Ausgangsseite übertragen. In einem zweiten Betriebszustand wird im Wesentlichen kein Drehmoment übertragen. Gegebenenfalls wird in einem dritten Betriebszustand ein Drehmoment von der Ausgangs- auf die Eingangsseite übertragen.
Vorzugsweise sind diese wenigstens zwei Betriebszustände durch interne oder externe Steuerbefehle beeinflussbar. Externe Steuerbefehle werden von außerhalb der Drehmoment-Übertragungseinrichtung auf diese übertragen, interne Steuerbefehle werden innerhalb der Drehmoment-Übertragungseinrichtung erzeugt. Vorzugsweise werden die in- fernen Steuerbefehle durch die Auswertung der Drehzahlen der Eingangs- und/oder der Ausgangsseite erzeugt. Interne Steuerbefehle können durch externe Steuerbefehle überlagert werden und umgekehrt.
Unter einer Energiespeichereinrichtung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche dazu vorgesehen ist, über einen gewissen Zeitraum eine Leistung aufzunehmen und diese Leistung zu einem späteren Zeitpunkt wieder abzugeben. Diese Energiespeichereinrichtung weist vorzugsweise drei Betriebszustände auf. In einem ersten Betriebszustand wird Energie zu der Energiespeichereinrichtung übertragen. In einem zweiten Betriebszustand wird vorzugsweise ein in der Energiespeichereinrichtung enthaltener Energiein- halt im Wesentlichen erhalten. In einem dritten Betriebszustand wird Leistung von der Energiespeichereinrichtung direkt oder indirekt insbesondere zur Primär-Antriebsma- schine übertragen.
Die Energiespeichereinrichtung ist vorzugsweise eine Sekundär-Batterie z.B. eine Ni- ckel-Metallhydrid oder eine Lithium-Ionen Batterie. Es kommen aber auch andere Energiespeicher, z.B. Kondensatoren oder z.B. nach dem Schwungradprinzip arbeitende kinetische Speicher oder dergleichen in Frage. Bei der Energiezufuhr zur Energiespeichereinrichtung werden vorzugsweise drei Modi unterschieden. Im ersten Modus erfolgt die Energiezufuhr durch eine externe Quelle (Plug in) bevorzugt konduktiv und/oder induktiv. Im zweiten Modus wird bevorzugt die Energiespeichereinrichtung von der Primär-Antriebsmaschine geladen, wobei sie von der Sekundär- Antriebsmaschine angetrieben wird (aktives Laden). Im dritten Modus erfolgt die Ladung durch Rekuperation beim Bremsen und dergleichen (passives Laden).
Unter einer Abtriebseinrichtung ist eine Entrichtung zu verstehen, welche in einem Kraftfahrzeug die Antriebsleistung zu wenigstens einem Antriebselement des Fahrzeugs lei- tet. Eine Abtriebseinrichtung kann vorzugsweise eine oder mehrere Drehmoment-Übertragungseinrichtungen, eine Getriebeeinrichtung und/oder eine Differentialgetriebeeinrichtung aufweisen.
Unter einer Getriebeeinrichtung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche wenigstens ein Getriebeeingangselement, ein Getriebeausgangselement und ein Getriebegehäuse aufweist und dazu dient eine Drehzahl und/oder ein Drehmoment zu wandeln.
Unter einem Antriebselement eines Fahrzeugs ist ein Element zu verstehen, welches die Antriebsleistung eines Kraftfahrzeugs auf den Untergrund überträgt. Vorzugsweise ist ein Antriebselement eines Fahrzeugs als Rad-/Reifenkombination ausgebildet.
Unter einem ersten Betriebszustand der Primär-Antriebsmaschine ist ein Zustand zu verstehen, in welchem diese an ihrer Primär-Antriebswelle Leistung abgibt. Unter einem zweiten Betriebszustand der Primär-Antriebsmaschine ist ein Zustand zu verstehen, in welchem diese eine Leistung an ihrer Primär-Antriebswelle aufnimmt. Zur Leistungsaufnahme wird die Primär-Antriebswelle vorzugsweise durch eine äußere Kraft in Drehbewegung versetzt. Diese äußere Kraft wird dabei vorzugsweise durch die Se- kundär-Antriebsmaschine beziehungsweise durch die Abtriebseinrichtung auf die Primär- Antriebswelle aufgebracht.
Ein weiteres Anliegen der Erfindung ist es, neben Verbrauch und Emissionen auch das sogenannte NVH-Verhalten des Fahrzeugs zu verbessern. NVH steht für Noise, Vibrati- on, Harshness oder auf deutsch Geräusch, Vibration, Rauigkeit und kennzeichnet das Fahrzeugverhalten u.a. in bezug auf Schwingungen aus dem Antriebsstrang und dem Geräuschverhalten des Antriebs. Beschreibung des Grundkonzepts
Die vorliegende Erfindung geht von einem Grundkonzept aus, welches im Rahmen der Offenbarung dieser Anmeldung abgewandelt werden kann. Das Grundkonzept geht zunächst von der Annahme aus, dass die Batteriekapazität auch in naher Zukunft relativ teuer sein wird. Firmen, wie z.B. die Robert Bosch GmbH, nennen derzeit (Anfang 2010) einen Batteriepreis für die Lithium-Ionen-Batterie von 1.500,- Euro/kWh. Es wird angenommen, dass dieser Preis bei Erhöhung der Fertigungskapazität auf 500,- Euro/kWh sinkt, optimistische Annahmen gehen von bis zu 250,- Euro/kWh aus. Bei einer 50 kWh Batterie ist also auch bei optimistischer Annahme derzeit mit einem Preis von 25.000 bis 50.000€ zu rechnen.
Der Energieinhalt eines Liter Diesel beträgt 10 kWh, für die Speicherung sind ca. 50€ für 50 Liter, entspricht 500 kWh, zu veranschlagen.
Neben den Kosten ist auch das Gewicht ein Problem der Lithium-Ionen-Batterien. Bei dem Anfang 2010 in Detroit vorgestellten Prototypen Audi e-tron wird eine 400 kg schwere Lithium-Ionen-Batterie verwendet, die eine Kapazität von 45 kWh aufweist. Üblicherweise geht man heute davon aus, dass bei einem Fahrzeug der hier bevorzugt beschriebenen Kompaktklasse eine Batteriekapazität von etwa 20 kWh ungefähr eine Reichweite von 100 km ermöglicht. Dies wird auch durch das bereits erwähnte Baumuster BMW Mini E bestätigt, der bei einer Batteriekapazität von 35 kWh eine Reichweite von ca. 150 km aufweist, die allerdings bei zusätzlicher Inanspruchnahme der Batterie durch Heizung oder Kühlung und häufige Beschleunigungsvorgänge deutlich gemindert wird. Auf der anderen Seite ist bekannt, dass - je nach Land und Region - der ganz überwiegende Teil der Fahrzeuge im Durchschnitt deutlich weniger als 100 km pro Tag zurücklegt. Ein Fahrzeug mit einer Reichweite von z.B. 400 km elektrisch anzutreiben, würde deshalb eine sehr teure und sehr schwere Batterie erfordern, die auch das Fahrverhalten des Fahrzeuges deutlich verschlechtern würde, ohne dass dies während der durchschnittlichen täglichen Nutzung besondere Vorteile brächte. Auf der anderen Seite ist es für den Fahrzeugnutzer problematisch, die Verfügbarkeit seines Fahrzeugs und auch Komponenten, wie z.B. der Heizung, durch die Kapazität der Batterie eingeschränkt zu sehen. Letzteres gilt insbesondere aber nicht nur dann, wenn der Benutzer nur über ein einziges Fahrzeug verfügt. Der Ausflug am Wochenende kann dann mit dem Fahrzeug mangels Reichweite nicht durchgeführt werden.
Das hier erörterte Grundkonzept sieht deshalb vor, zusätzlich zum Elektroantrieb einen Verbrennungsmotor vorzusehen, der die Reichweite als sogenannter "Range Extender" erweitert. Das Grundkonzept sieht ferner vor, diesen Verbrennungsmotor zur Erhöhung der Antriebsleistung gemeinsam mit dem Elektromotor einsetzen zu können. Dies hat erhebliche Vorteile für die Auswahl sowohl des Elektromotors als auch des Verbrennungsmotors. Da Elektromotor und Verbrennungsmotor bei Beschleunigungsvorgängen gemeinsam wirken können, kann sowohl der Elektromotor als auch der Verbrennungsmotor in der Leistung kleiner gehalten werden als dies bei einem nur elektrischen oder nur verbrennungsmotorischen Antrieb möglich wäre.
Damit kann sowohl beim Elektromotor als auch beim Verbrennungsmotor deutlich Gewicht eingespart werden. Das Gewicht ist aber ein großes Problem bei elektrisch betrie- benen Fahrzeugen, da das Gewicht eines Elektromotors bei gleicher Leistung ca. doppelt so hoch ist wie das eines Verbrennungsmotors und das hohe Gewicht der Batterie zusätzlich zu berücksichtigen ist. Da das Gewicht eines Fahrzeugs aber eine entscheidende Größe für seinen Verbrauch ist, führt die dadurch erzielte Gewichtsreduzierung zu einem deutlich geringeren Verbrauch.
Die Verwendung eines kleineren Verbrennungsmotors erlaubt es ferner, dass der Verbrennungsmotor häufig in der Nähe seiner Leistungshöchstgrenze arbeitet. Da Verbrennungsmotoren im Teillastbereich vergleichsweise schlechte Verbrauchswerte haben, wird auch durch diese Maßnahme der Energieaufwand für die Fortbewegung weiter reduziert. Ein kleinerer Elektro- und ein kleinerer Verbrennungsmotor vermindern schließlich auch den Raumbedarf des Antriebs, was zumal bei Fahrzeugen in der Kompaktklasse von erheblicher Bedeutung für deren Brauchbarkeit ist.
Die Erfindung sieht insbesondere eine mechanische Kopplung von Primär-Antriebs- maschine und Sekundär- Antriebsmaschine, den sogenannten„mechanischen Durchtrieb" vor. Das hier beschriebene Grundkonzept, bei welchem ein Elektromotor als Primär-Antriebs- maschine dient, aber ein Verbrennungsmotor als Sekundär-Antriebsmaschine mechanisch mit der Primär-Antriebsmaschine und der Abtriebseinrichtung zur Erzeugung eines mechanischen Durchtriebs verbunden ist, wird im Rahmen dieser Anmeldung als "integrierter Range Extender" (IRE) bezeichnet. Der Begriff "integriert" leitet sich daraus ab, dass der Verbrennungsmotor als Sekundär-Antriebsmaschine unmittelbar in den Fahrzeugantrieb integriert ist.
Bei dem im Hinblick auf den Stand der Technik beschriebenen seriellen Hybrid lädt die Verbrennungskraftmaschine nur die Batterie, ohne selbst an der Erzeugung des An- triebsmoments beteiligt zu sein. Dies hat zunächst den Vorteil, dass der Verbrennungsmotor beim Laden immer im Bereich seines besten Wirkungsgrades betrieben werden kann. Dem steht allerdings entgegen, dass der Bereich des besten Wirkungsgrades bei einem Verbrennungskraftmotor aus Effizienzgründen in den Bereich relativ hoher Drehzahlen gelegt wird. Bei einem solchen seriellen Hybrid läuft der Verbrennungsmotor so- mit auch dann mit hohen Drehzahlen, wenn sich das Fahrzeug im Ruhezustand befindet, z.B. beim Warten an einer Ampel. Dies könnte von den Benutzern unter dem zuvor erörterten Aspekt des NVH-Komforts als unangenehm empfunden werden.
Von Nachteil erscheint aber insbesondere, dass im Bereich der Reichweitenverlänge- rung die kinetische bzw. mechanische Energie des Verbrennungsmotors zunächst in elektrische Energie umgewandelt wird und dann darauffolgend im Elektromotor wieder in kinetische bzw. mechanische Energie zurückgewandelt wird. Diese doppelte Energie- Umwandlung bedeutet einen erheblichen Verlust an Wirkungsgrad und setzt die Effizienz eines solchen Systems herab.
Demgegenüber wird bei dem hier vorgestellten Grundkonzept des Fahrzeugs mit integ- riertem Range Extender (IRE) die im Verbrennungsmotor erzeugte kinetische Energie unmittelbar über den mechanischen Durchtrieb zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet. Damit entfallen zwei Energieumwandlungsprozesse, wodurch sich der Wirkungsgrad erheblich erhöht. Dem steht zwar entgegen, dass der Verbrennungsmotor in seiner Ausgangsdrehzahl unmittelbar bzw. über eine Getriebeeinrichtung mit der Abtriebseinrichtung des Fahrzeugs und damit letztendlich auch mit den Antriebselementen des Fahrzeugs, im Allgemeinen die Räder, gekoppelt ist. Deshalb muss der Verbrennungsmotor beim IRE in einem größeren Drehzahlbereich arbeiten als dies beim seriellen Hybrid der Fall ist. Dieser Nachteil wird aber zum einen durch den höheren Wirkungsgrad infolge des mechanischen Durchtriebs ausgeglichen. Zum anderen können heute bekannte Motoren, insbesondere bei entsprechender Variabilität von Kraftstoffeinspritzung, Zündzeitpunkt, Ventilsteuerzeiten und ggf. auch Hubraum so gesteuert werden, dass sie auch in einem weiten Drehzahlbereich mit hohem Wirkungsgrad arbeiten.
Falls beim IRE ein Betrieb gewünscht ist, bei dem, ähnlich wie beim seriellen Hybrid, ein Aufladen der Batterie auch im Stand möglich sein muss, kann dies auf einfache Weise erreicht werden, indem zwischen dem als Primär-Antriebsmaschine dienenden Elektromotor und der Abtriebseinrichtung bzw. an einer anderen Stelle des Antriebsstrangs eine schaltbare Kupplung eingebaut wird.
Der Nachteil einer möglicherweise geringeren Effizienz über den weiten Drehzahlbereich wird auch dadurch kompensiert, dass beim IRE der als Primär-Antriebsmaschine dienende Elektromotor auch als Generator zum Laden der Batterie herangezogen wird. Ein separater Generator, wie er beim seriellen Hybrid benötigt wird, entfällt damit. Das Grundkonzept sieht ferner vorzugsweise vor, eine Getriebeeinrichtung mit wenigen Übersetzungsstufen, vorzugsweise zwei Übersetzungsstufen, zu verwenden und bevorzugt auch die Drehzahl des Elektromotors durch eine Getriebeeinrichtung zu verändern. Durch diese Maßnahme werden gegenüber üblichen Hybridfahrzeugen, wie dem vorgenannten Baumuster Lexus RX 450h, die sehr aufwendigen Getriebe weitgehend eingespart. Dies führt zur Reduzierung des Gewichts, der Baukosten und des Raumbedarfs. Ferner kann durch diese Maßnahme ein Elektromotor verwendet werden, der ein geringeres Drehmoment bei höheren Drehzahlen aufweist, so dass auch hier eine weitere Reduzierung von Gewicht und Raumbedarf erzielt wird.
Das Grundkonzept sieht ferner vor, nur einen einzigen kombinierten Elektromotor / Generator zu verwenden. Auch durch diese Maßnahme kann Gewicht und Bauraum eingespart werden. Insbesondere bei Verwendung einer entsprechend gestalteten Getriebe- einrichtung ist es dadurch auch möglich, die als Motor und Generator dienende elektrische Maschine so auszulegen, dass sie jeweils im Bereich des günstigsten Wirkungsgrades arbeitet.
Die Auslegung des Elektromotors kann - muss aber nicht - weiter erleichtert werden, wenn in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung der Verbrennungsmotor mit einem separaten Anlasser, und besonders bevorzugt, auch mit einer separaten Lichtmaschine versehen ist. Dabei können Anlasser und Lichtmaschine auch kombiniert sein. Dies hat den Vorteil, dass die elektrische Maschine, die im Rahmen des Grundkonzepts die Primär-Antriebsmaschine darstellt, hinsichtlich des Wirkungsgrades optimiert werden kann, ohne dass die Verwendung als Anlasser berücksichtigt werden muss. Das wiegt vorteilhaft den größeren Bau- und Gewichtsaufwand für den zusätzlich vorhandenen Anlasser und/oder die Lichtmaschine auf. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass im Rahmen des Grundkonzepts ein kleiner Verbrennungsmotor Verwendung findet, so dass ein kleinbauender Anlasser, und falls auch eine separate Lichtmaschine verwendet wird, auch diese kleinbauend ausgeführt werden kann, falls ihr nicht weitere Aufgaben, z.B. die Stromversorgung für den Antrieb von Nebenaggregaten zugewiesen werden. Beim Antrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor spielen Schwingungen im Antriebsstrang eine erheblich Rolle. Diese entstehen u.a. durch die Drehmomentspitzen, die durch die zeitlich aufeinanderfolgenden Verbrennungsvorgänge in den einzelnen Zylindern entstehen. Ferner entstehen die Schwingungen bei Verwendung eines Hubkolbenmotors auch durch die Massenkräfte, die insbesondere durch die Geschwindigkeitswechsel der Kolben im oberen und unteren Totpunkt erzeugt werden. Diese Massenkräfte lassen sich bei 4-Zylinder-Motoren recht gut und bei 6-Zylinder-Rein- motoren und V-8-Motoren sehr gut beherrschen. Wenn aber zur Erhöhung der Effizienz ein kleinerer Verbrennungsmotor eingesetzt wird, dessen Hubraum vorzugsweise im Bereich von 1 Liter oder geringer liegt, wäre bei einer Ausbildung als 4-Zylinder-Motor das Zylindervolumen eines einzelnen Zylinders 250 ccm oder geringer. Dies würde die Effizienz der Verbrennung herabsetzen. In diesem Fall ist es deshalb zu bevorzugen, einen Motor mit geringerer Zylinderzahl, z.B. einen 3-Zylinder oder 2-Zylinder, zu verwenden. Wird ein solcher 2- oder 3-Zylinder-Motor oder gar ein 1 -Zylinder-Motor ver- wendet, lassen sich die Massenkräfte nicht mehr so einfach ausgleichen wie bei 4- oder mehrzylindrigen Motoren. Ferner nehmen auch die Zündabstände ab, wenn man die Drehzahl des Motors nicht gegenüber heutigen üblichen Drehzahlen deutlich erhöhen wollte. Das Grundkonzept schlägt deshalb ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des mechanischen Durchtriebs vor, den Verbrennungsmotor und Elektromotor auf der gleichen Welle anzuordnen und auf ein Anpassungsgetriebe, welches die Drehzahl des Elektromotors reduziert, zu verzichten. Bei dieser Ausgestaltung wird der Elektromotor vorzugsweise auch dazu verwendet, die Schwingungen im Antriebsstrang, die durch den Verbren- nungsmotor entstehen, zu dämpfen. Dazu wird vorzugsweise eine Steuereinrichtung verwendet, die die durch die Verbrennung und durch die Massenkräfte entstehenden Drehmomentstöße des Verbrennungsmotors vorausberechnet, und im Elektromotor entsprechende Kompensations-Drehmomente oder Kompensations-Drehbewegungen oder Gegenschwingungen erzeugt. Kompensations-Drehmomente können auf einfache Wei- se elektrisch erzeugt werden, indem die Wicklung des Elektromotors mit einem entsprechenden Impuls beaufschlagt wird. Alternativ oder zusätzlich können Kompensations- Drehbewegungen am Gehäuse des Elektromotors erzeugt werden, indem dieses dreh- schwingungsfähig gelagert wird. Die Gegendrehbewegungen werden dann vorzugsweise auf elektrischem Weg erzeugt, insbesondere durch Induktionsgeber oder besonders bevorzugt durch piezoelektrische Geber. Bei beiden Bauarten kann durch einen elektrischen Impuls eine Längenveränderung erzeugt werden, die zu einer entsprechenden Drehbewegung des drehbeweglich angeordneten Gehäuses des Elektromotors führt.
Von besonderem Vorteil ist es bei beiden Varianten, wenn unmittelbar das Signal des Motorsteuergerätes für die Erzeugung der Gegenschwingung herangezogen werden kann. Im Motorsteuergerät wird zum einen der Zeitpunkt des nächsten Einspritzvorgangs festgelegt und zum anderen auch die Einspritzmenge. Aus diesen Daten lassen sich analytisch und/oder empirisch ermitteln, wie groß die mit der Verbrennung einhergehende Drehmomentstoßanregung ist und die entsprechende Gegenschwingung errechnen.
Die Daten der Motorsteuerung ergeben ein zuverlässiges Bild von den Drehschwingungen, die durch den Verbrennungsvorgang selbst entstehen. Drehschwingungen entste- hen aber auch durch andere Erscheinungen im Antriebsstrang, insbesondere durch Resonanzen oder resonanzähnliche Erscheinungen. Diese können bei der Berechnung der Schwingungsanregung aus den Motorsteuerdaten mit berücksichtigt werden, indem sie z.B. empirisch zuvor erfasst werden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, an einer oder mehreren Stellen des Antriebsstrangs Schwingungsgeber anzuordnen und deren Signale dazu heranzuziehen, die entsprechenden Kompensationsmaßnahmen zu berechnen. Die Daten dieses oder dieser Schwingungsgeber können gemeinsam mit den Daten der Motorsteuerung zur Berechnung der Schwingungskompensation herangezogen werden, es ist aber im Rahmen der Erfindung auch möglich, die Daten dieser Schwingungsdämpfer allein heranzuziehen, ohne die Daten der Motorsteuerung zu berücksichtigen.
Neben separat angeordneten Schwingungsgebern ist es auch möglich, die Schwingungen unmittelbar aus Veränderungen im elektrischen Feld der Primär-Antriebsmaschine abzuleiten. Weitere zu bevorzugende Ausgestaltungen
In einer bevorzugten Ausführungsform liegen vorzugsweise die Nennleistung der Primär- Antriebsmaschine, in der Regel der Elektromotor, und die Nennleistung der Sekundär- Antriebsmaschine, in der Regel der Verbrennungsmotor, in einem bestimmten Verhältnis zueinander. Dabei kann eine Antriebsmaschine kurzfristig auch eine Leistung abgeben, die größer ist als die Nennleistung. Vorzugsweise liegt das Antriebsleistungsverhältnis der Primär-Antriebsmaschine zur Sekundär-Antriebsmaschine in einem Bereich von 0,5 bis 10 bevorzugt in einem Bereich von 0,8 bis 5 und besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 3. Besonders bevorzugt ist die Nennleistung der Primär-Antriebsmaschine größer als die Nennleistung der Sekundär-Antriebsmaschine.
Der Antrieb wird bei diesem Antriebsleistungsverhältnis vorzugsweise so gesteuert, dass zum Antrieb des Fahrzeugs im Wesentlichen die Primär-Antriebsmaschine verwendet wird. Dadurch wird die Sekundär-Antriebsmaschine häufig im Bereich ihrer Nennleistung oder besonders bevorzugt im Bereich eines hohen Wirkungsgrads betrieben.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das kombinierte Antriebssystem im Wesentlichen nur eine einzige Primär-Antriebsmaschine auf, welche vorzugsweise auch allein die aktiv erzeugte Energie zur Speicherung in der Energiespeichereinrichtung zur Verfügung stellt. Vorzugsweise wird Leistung der Primär-Antriebsmaschine, welche aus potentieller oder kinetischer Energie des Fahrzeugs stammt (passives Laden), in der Energiespeichereinrichtung gespeichert.
Dadurch, dass vorzugsweise nur eine einzige und nicht mehrere Primär-Antriebs- maschinen mit der Energiespeichereinrichtung verbunden sind, ergibt sich vorzugsweise ein wenig komplexes, einfacher zu steuerndes und effizientes kombiniertes Antriebssystem.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das kombinierte Antriebssystem vorzugsweise wenigstens eine Primär-Antriebsmaschine, eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung und eine Getriebeeinrichtung auf. Eine Getriebeeinrichtung weist vorzugsweise ein und/oder zwei Getriebeeingangselemente und vorzugsweise ein und/oder zwei Getriebeausgangselemente auf. Vorzugsweise werden ein oder zwei Getriebeeingangselemente mit einer Leistungsquelle verbunden. Vorzugsweise wird ein Getriebeausgangselement mit einer Leistungssenke ver- bunden. Vorzugsweise unterscheidet sich die Drehzahl wenigstens eines Getriebeeingangselements von der Drehzahl wenigstens eines Getriebeausgangselements. Vorzugsweise wird die Primär-Antriebswelle und die Ausgangsseite der Drehmoment- Übertragungseinrichtung mit jeweils einem Getriebeeingangselement verbunden. Insbe- sondere Getriebeeinrichtungen stehen in vielen verschiedenen Bauformen zur Verfügung, so dass ein kombiniertes Antriebssystem mit einer Getriebeeinrichtung kostengünstig und/oder platzsparend aufgebaut werden kann.
In einer bevorzugt Ausführungsform ist das Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl wenigstens eines Getriebeeingangselements und der Drehzahl wenigstens eines Getriebeausgangselements veränderbar. Vorzugsweise lässt sich dieses Drehzahlverhältnis wenigstens innerhalb eines bestimmten Bereichs kontinuierlich verändern. Vorzugsweise sind mehrere, bevorzugt ein bis vier und besonders bevorzugt zwei bis drei, diskrete Drehzahlverhältnisse einer Getriebeeinrichtung schaltbar. Vorzugsweise ist eine solche schaltbare Getriebeeinrichtung als ein Wechselgetriebe mit wenigstens zwei unterschiedlichen Zahnradpaaren, als eine Planetengetriebeeinrichtung oder als eine Doppel- kupplungsgetriebeeinrichtung ausgebildet.
Durch die Verstellung des Drehzahlverhältnisses der Getriebeeinrichtung ist eine Anpas- sung der Drehzahlen der Antriebsmaschinen in einem Bereich mit hohem Wirkungsgrad und damit bevorzugt ein emissionsarmer und verbrauchseffizienter Betrieb (dieser) möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die drehmomentleitende Verbindung zwischen der Primär-Antriebswelle und der Getriebeeinrichtung unterbrechbar, so dass zwischen diesen kein Drehmoment übertragen wird. Vorzugsweise ist zwischen der Primär-An- triebsmaschine und der Getriebeeinrichtung eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung angeordnet, die bevorzugt als Kupplung und besonders bevorzugt als schaltbare Kupplung oder als automatisch schaltende Kupplung ausgeführt ist.
Schaltbare Kupplungen können durch einen Steuerbefehl von einem ersten Betriebszustand, in welchem ein Drehmoment übertragen wird, in einen zweiten Betriebszustand gebracht werden, in welchem kein Drehmoment übertragen wird, oder umgekehrt. Bei der schaltbaren Kupplung kann vorzugsweise ein externer Steuerbefehl vorgegeben und damit der Betriebszustand gewechselt werden. Bei der automatisch schaltenden Kupplung kann vorzugsweise ein interner Steuerbefehl generiert werden. Vorzugsweise wird dazu die Drehzahl der Eingangsseite und/oder die Drehzahl der Ausgangsseite der Drehmoment-Übertragungseinrichtung ausgewertet. Stehen diese Drehzahlen in einem bevorzugten Verhältnis und/oder über- und oder unterschreitet eine dieser Drehzahl eine vorbestimmte Drehzahl, wird vorzugsweise ein interner Steuerbefehl generiert und die automatisch schaltende Kupplung kann ihren Betriebszustand wechseln. Vorzugsweise ist eine automatisch schaltende Kupplung als eine Freilauf oder eine Fliehkraftkupplung ausgebildet. Statt einer Steuerung über die Drehzahl kann vorzugsweise auch eine
Steuerung über das Drehmoment und/oder über Drehzahl und Drehmoment gemeinsam erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Primär-Antriebsmaschine ein elektrome- chanischer Energiewandler, in dem elektrische Energie in mechanische bzw. kinetische Energie umgewandelt wird und/oder mechanische bzw. kinetische Energie in elektrische Energie.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Primär-Antriebsmaschine ein elektrome- chanischer Energiewandler, welcher durch ein ständig um eine Rotationsachse rotierendes magnetisches Feld betrieben wird. Dieses magnetische Feld wird vorzugsweise durch wenigstens einen oder mehrere zueinander phasenversetzte Ströme und/oder durch mehrere zueinander versetzte elektromagnetische Spulen hervorgerufen, und bildet vorzugsweise ein magnetisches Drehfeld aus. Vorzugsweise fallen die Rotationsach- se dieses Drehfeldes und die Primär-Antriebswelle im Wesentlichen zusammen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Drehzahl der Primär-Antriebswelle gleich der Drehzahl des Drehfeldes. Vorzugsweise ist die Primär-Antriebsmaschine ein Synchronmotor / -generator. Ein Synchronmotor / -generator weist insbesondere einen grö- ßeren Wirkungsgrad auf, als andere Drehfeldmaschinen. Vorzugsweise wird durch diesen hohen Wirkungsgrad die Reichweite des Fahrzeugs positiv beeinflusst. Das Massenträgheitsmoment eines Synchronmotors / -generators ist im Vergleich zu anderen Dreh- feldmaschinen gering. Durch dieses geringe Massenträgheitsmoment wird vorzugsweise ein günstiges instationäres Drehzahlverhalten des kombinierten Antriebsstrangs erreicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Drehzahl der Primär-Antriebs- welle geringer als die Drehzahl des Drehfeldes. Vorzugsweise ist die Primär-Antriebs- maschine als ein Asynchronmotor / -generator ausgebildet. Ein Asynchronmotor / - generator kann insbesondere einfacher als andere Drehfeldmaschinen im Vierquadrantenbetrieb betrieben werden. Durch den einfach realisierbaren Vierquadrantenbetrieb wird vorzugsweise die Energierückgewinnung beim Abbremsen des Fahrzeugs erleich- tert und damit die Reichweite erhöht. Die Drehzahl- / Drehmomentregelung eines Asynchronmotors / -generators ist im Vergleich zu anderen Drehfeldmaschinen einfach.
Durch die Einfachheit dieser Regelung kann vorzugsweise eine kleine und leichte Leistungselektronik für den Asynchronmotor / -generator eingesetzt und damit das Gesamtgewicht des Fahrzeugs niedrig gehalten werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Primär-Antriebsmaschine ein Transversalflussmotor / -generator. Ein Transversalflussmotor / -generator weist insbesondere unverkettete Drehstromwicklungen auf, welche ringförmig-konzentrisch zur Welle angeordnet sind. Vorzugsweise ergibt sich so eine transversale Magnetkreisanord- nung in Einzelkreisen. Ein Transversalflussmotor / -generator weist eine hohe Leistungsdichte und einen guten Wirkungsgrad auf und ist damit besonders für mobile Anwendungen, bevorzugt für ein kombiniertes Antriebssystem, geeignet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Primär-Antriebmaschine ein Re- luktanzmotor / -generator. Ein Reluktanzmotor / -generator weist insbesondere mehrere am Umfang verteilte elektromagnetische Spulen auf, welche mit ihrer Symmetrieachse im Wesentlichen sternförmig auf die Abtriebswelle des Reluktanzmotor / -generators ausgerichtet sind. Durch diesen einfachen Aufbau ist insbesondere die Ansteuerung eines Reluktanzmotor / -generators gegenüber Drehfeldmaschinen vereinfacht. Diese ein- fache Ansteuerbarkeit des Reluktanzmotor / -generators führt zu einem besseren instationären Drehzahlverhalten des kombinierten Antriebsstrangs als mit anderen elektrome- chanischen Energiewandlern möglich wäre. ln einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Primär-Antriebsmaschine als Gleichstrommotor / -generator ausgebildet. Ein Gleichstrommotor / -generator weist insbesondere ein gut bekanntes und einfach beschreibbares Drehzahl- / Drehmomentverhalten auf. Der Gleichstrommotor / -generator ist einfacher regelbar als andere elektro- mechanische Energiewandler. Durch diese einfache Regelbarkeit ist ein kombiniertes Antriebssystem mit geringem Gewicht und großer Reichweite erreichbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Primär-Antriebsmaschine ein Wechselstrommotor / -generator, vorzugsweise ein Einphasen Synchronmotor /
-generator. Ein Wechselstrommotor / -generator weist gegenüber anderen elektromechanischen Energiewandlern einen einfachen Aufbau auf. Durch diesen einfachen Aufbau wird ein geringes Gewicht des Fahrzeugs erreicht.
Dadurch, dass mit dem elektromechanischen Energiewandler eine Energiewandlung von elektrischer in kinetische Energie und zurück ermöglicht wird, kann vorzugsweise Antriebsleistung, welche dem Fahrzeug zunächst zugeführt wird und in diesem als kinetische und/oder potentielle Energie gespeichert ist, zu einem späteren Zeitpunkt wieder in elektrische Energie gewandelt und gespeichert werden. Somit wird der Verbrauch des Fahrzeugs gesenkt und die Reichweite erhöht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sekundär-Antriebsmaschine eine Verbrennungskraftmaschine. Unter einer Verbrennungskraftmaschine ist ein Energiewandler zu verstehen, in welchem chemisch gebundene Energie in kinetische Energie gewandelt wird. Diese Energiewandlung beruht vorzugsweise auf einer exothermen Verbrennung. Diese exotherme Verbrennung wird vorzugsweise als äußere oder innere Verbrennung ausgeführt.
Vorzugsweise liegt das maximale Volumen eines einzelnen Brennraums in einem Bereich zwischen 100 Kubikzentimeter (ccm) bis 2000 ccm, bevorzugt in einem Bereich von 300 ccm bis 800 ccm und besonders bevorzugt ist es im Wesentlichen 500 ccm.
Dadurch ergibt sich bei bestimmten Motorbauformen ein besonders günstiges Verhältnis von Brennraumvolumen zu Brennraumoberfläche. Durch einen vorzugsweisen volumenveränderlichen Brennraum wird eine emissionsarme Verbrennung erreicht. ln einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sekundär-Antriebsmaschine als Hubkolbenmotor ausgebildet. Der Hubkolbenmotor weist vorzugsweise eine Zylinderanzahl kleiner oder gleich vier, bevorzugt kleiner oder gleich drei oder besonderes bevorzugt zwei oder eins auf. Vier oder zwei Zylinder haben den Vorteil eines guten Massenausgleichs. Bei drei Zylindern ergibt sich ein günstiger Zündabstand. Vorzugsweise bewegen sich die Zylinder des Hubkolbenmotors in einer Ebene und/oder gegenläufig. Vorzugsweise wird durch diese gegenläufige Bewegung ein Ausgleich der im Wesentlichen durch die Kolben beweg ung entstehenden Massenkräfte ohne zusätzliche Massen erreicht.
Besonders bevorzugt ist ein solcher Hubkolbenmotor als Zwei-Zylinder-Boxermotor oder als V-Motor mit einem Zylinderbankwinkel von im Wesentlichen 180° ausgeführt.
Wird ein kleiner und damit leichter Hubkolbenmotor verwendet, bleibt das Gewicht des kombinierten Antriebssystems niedrig und es wird somit eine große Reichweite des Fahrzeugs begünstigt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Sekundär-Antriebsmaschine eine Verbrennungskraftmaschine mit einem frei beweglichen Kolben, wobei sich dieser Kol- ben innerhalb eines Zylinders bewegt. Diese Bewegung des Kolbens wird vorzugsweise im Wesentlichen von außen nicht beeinflusst. Im Wesentlichen kann sich dieser Kolben damit ohne mechanische Zwangsführung von außen bewegen. Eine solche Verbrennungskraftmaschine mit frei beweglichem Kolben ist vorzugsweise ein Freikolbenmotor. Zum Ausgleich der auftretenden Massenkräfte eines Kolbens des Freikolbenmotors wird vorzugsweise ein zweiter, sich gegenläufig bewegender Kolben verwendet oder bevorzugt eine andere geeignete Einrichtung. Ein Freikolbenmotor stellt eine kompakte Antriebsmaschine mit hohem Wirkungsgrad und geringem Gewicht dar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Sekundär-Antriebsmaschine ein Kreiskolbenmotor, vorzugsweise ein Wankelmotor. Vorzugsweise weist der Kreiskolbenmotor einen oder zwei Kreiskolben auf. Durch einen Kreiskolbenmotor wird vorzugsweise ein ruhiger Lauf der Sekundär-Antriebsmaschine erreicht, so dass bevorzugt nur eine leichte zusätzliche Einrichtungen zur Dämpfung von Schwingungen und des Geräuschs der Sekundär-Antriebsmaschine vorgesehen sind. Dadurch wird vorzugsweise ein geringes Gewicht des kombinierten Antriebssystems erreicht und somit ein niedriger
Verbrauch. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Sekundär-Antriebsmaschine eine Strömungs- oder Turbomaschine mit innerer Verbrennung. Eine Strömungs- oder Turbomaschine mit innerer Verbrennung weist wenigstens einen Verdichter und eine Brennkammer auf. Vorzugsweise ist die Sekundär-Antriebsmaschine eine Gasturbine. Durch eine Gasturbine lässt sich vorzugsweise eine vibrationsarme Umwandlung der chemisch gebundenen Energie in mechanische Energie erreichen. Gegenüber anderen Verbrennungskraftmaschinen weist die Gasturbine insbesondere ein günstiges Emissionsverhalten und eine hohe Leistungsdichte auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Sekundär-Antriebsmaschine eine Strömungsmaschine mit äußerer Verbrennung. Eine solche Strömungsmaschine weist wenigstens einen ersten Bereich auf, in welchem chemischgebundene Energie in thermische Energie umgewandelt und auf ein Arbeitsmedium übertragen wird und einen zweiten Bereich in welchem dem Arbeitsmedium seine Energie wenigstens teilweise wieder entzogen wird. Vorzugsweise ist die Sekundär-Antriebsmaschine mit äußerer Ver- brennung eine Dampfturbine mit Dampferzeuger. Durch eine Dampfturbine lässt sich vorzugsweise eine vibrationsarme Umwandlung der chemischgebundenen Energie in mechanische Energie erreichen. Gegenüber anderen Verbrennungskraftmaschinen weist die Dampfturbine insbesondere ein günstiges Emissionsverhalten auf. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Sekundär-Antriebsmaschine eine Wärmekraftmaschine mit äußerer Verbrennung. Anhand des Ladungswechselverhaltens lassen sich wenigstens zwei Arten von solchen Wärmekraftmaschinen mit äußerer Verbrennung unterscheiden. Zum einen kann die Umwandlung von thermischer in mechanische Energie durch einen Ladungswechsel erfolgen. Zum anderen kann die Umwand- lung von thermischer in mechanische Energie ohne einen Ladungswechsel erfolgen. Wird die thermische Energie in mechanische Energie ohne einen Ladungswechsel umgewandelt, weist die Sekundär-Antriebsmaschine im Wesentlichen wenigstens einen Hohlraum mit wenigstens zwei Bereichen auf. In einem ersten Bereich dieses Hohlraums wird einem Arbeitsmedium thermische Energie zugeführt und in einem zweiten Bereich dieses Hohlraums wird diesem Arbeitsmedium thermische Energie entzogen. Vorzugsweise ist eine solche Wärmekraftmaschine ohne Ladungswechsel ein Heißgasmotor, insbesondere ein Stirling-Motor.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die thermische Energie in mechanische Energie in einer Wärmekraftmaschine mit äußerer Verbrennung und mit einem Ladungswechsel umgewandelt. Eine solche Wärmekraftmaschine weist vorzugsweise wenigstens einen Zylinder, wenigstens einen Kolben und ein Arbeitsmedium auf. Vorzugs- weise wird dieser Kolben durch das Arbeitsmedium in dem Zylinder in Bewegung versetzt. Bei dieser Kolbenbewegung wird vorzugsweise das Arbeitsmedium regelmäßig aus dem Zylinder ausgestoßen. Vorzugsweise ist eine solche Wärmekraftmaschine eine Kolbendampfmaschine. Die bei diskontinuierlichen Fahrsituationen, wie zum Beispiel bei Anfahr- oder Überholvorgängen, zusätzlich benötigte Antriebsleistung kann bei einem kombinierten Antriebssystem in vorteilhafterweise von der Primär-Antriebsmaschine bereitgestellt werden, während die Sekundär-Antriebsmaschine vorzugsweise in ihrem optimalen Betriebspunkt mit geringen Schadstoffemissionen betrieben wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Sekundär-Antriebsmaschine, und insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine eine Starteinrichtung auf. Vorzugsweise ist eine Starteinrichtung ein elektromechanischer Energiewandler insbesondere ein Anlasser. Vorzugsweise ist die Starteinrichtung unabhängig von der Primär-Antriebsmaschine betreibbar. Vorzugsweise wird die Sekundär-Antriebsmaschine durch die Starteinrichtung auf eine bestimmte Drehzahl beschleunigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform erreicht ein Kraftfahrzeug mit einem kombiniertem Antriebssystem vorzugsweise in der Ebene eine Primär-Reichweite im Bereich von im Wesentlichen 10 km bis 400 km, bevorzugt von im Wesentlichen 20 bis 200 km und besonders bevorzugt von im Wesentlichen 40 bis 100 km und ganz besonders bevorzugt von im Wesentlichen 100 km. Unter der Primär-Reichweite ist die Reichweite zu verstehen, welche das Kraftfahrzeug erreicht, wenn dem Kraftfahrzeug von außen keine Energie zugeführt wird und wenn die Sekundär-Antriebsmaschine nicht zur Energieerzeugung genutzt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird elektrische Energie vorzugsweise in chemisch gebundener Form in einer elektrischen Energiespeichereinrichtung gespeichert. Diese elektrische Energiespeichereinrichtung ist vorzugsweise als Sekundärbatterie (d.h. Akkumulator) ausgeführt. Die elektrische Energiespeichereinrichtung weist vorzugsweise eine Speicherkapazität von im Wesentlichen zwei bis 80 kWh, bevorzugt von im Wesent- liehen drei bis 30 kWh und besonders bevorzugt von im Wesentlichen vier bis zehn kWh auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist dem Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem von außerhalb des Fahrzeugs Energie zuführbar. Vorzugsweise ist diese zuführ- bare Energie elektrische Energie. Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug zum Zuführen der elektrischen Energie eine Schnittstelle auf. Die Energiezufuhr erfolgt bevorzugt konduktiv, insbesondere durch eine Steckverbindung oder, ebenfalls bevorzugt, induktiv, bevorzugt beim Stillstand des Fahrzeugs oder aber auch bei dessen Bewegung, insbesondere durch Induktionseinrichtungen, die in, neben oder über der Fahrbahn angeord- net sind. Diese Induktionseinrichtung weisen vorzugsweise elektrische Leiter auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Primär- und die Sekundär-Antriebsmaschine im Wesentlichen in einem Bereich mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben. Der Wirkungsgrad der Antriebsmaschinen hängt in der Regel von der Drehzahl ihrer An- triebswelle ab. Zum Anpassen der Drehzahlen der Antriebswellen an die Fahrtgeschwindigkeit und die Wirkungsgraderfordernisse weist das kombinierte Antriebssystem vorzugsweise eine Getriebeeinrichtung bevorzugt mit mehreren festen Übersetzungsstufen auf. Eine Übersetzungsstufe ist vorzugsweise durch das Verhältnis der Drehzahlen zwischen wenigstens einem Getriebeeingangselement und wenigstens einem Getriebeaus- gangselement gekennzeichnet. Vorzugsweise weist diese Getriebeeinrichtung vier, bevorzugt drei und besonders bevorzugt zwei Übersetzungsstufen auf. ln einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Getriebeeinrichtung als Umlaufgetriebe ausgeführt. Ein Umlaufgetriebe ist vorzugsweise ein Planetengetriebe mit vorzugsweise drei Wellen, welches vorzugsweise ein Sonnenrad, ein Hohlrad, einen Plan- entenradträger und wenigstens einen Planeten aufweist. Als diese drei Wellen des Pla- netengetriebes sind vorzugsweise das Sonnenrad, das Hohlrad und der Planetenradträger aufzufassen.
Bei Verwendung eines Planetengetriebes ist die Primär-Antriebswelle wahlweise mit dem Sonnenrad und/oder mit dem Planetenradträger direkt oder indirekt verbindbar. Vor- zugsweise treibt die Sekundär-Antriebswelle wahlweise den Planetenradträger und/oder das Sonnenrad an oder ist vom Planetengetriebe abgekoppelt. Die Verbindung der Primär-Antriebswelle mit dem Sonnrad und/oder dem Planetenradträger wird vorzugsweise mit wenigstens einer Drehmoment-Übertragungseinrichtung beeinflusst. Der Leistungsfluss von der Sekundär-Antriebswelle zum Planetenradträger und/oder zum Sonnenrad wird vorzugsweise durch eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung beeinflusst.
Vorzugsweise dient das Hohlrad des Planetengetriebes als Getriebeausgangselement.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Getriebeeinrichtung ebenfalls als Planetengetriebe ausgeführt. Der Planetenradträger dient hier aber als Getriebeausgangselement. Vorzugsweise ist das Hohlrad drehfest gelagert und kann keine Drehbewegung um seine Mittelachse ausführen. Vorzugsweise ist die Primär-Antriebswelle wahlweise mit dem Sonnenrad und/oder mit dem Planetenradträger verbindbar. Vorzugsweise treibt die Sekundär-Antriebswelle wahlweise das Sonnenrad an oder leitet keine Leistung an das Planetengetriebe. Die Verbindung der Primär-Antriebswelle mit dem Sonnrad und/oder dem Planetenradträger wird vorzugsweise mit wenigstens einer Drehmoment-Übertragungseinrichtung beeinflusst. Der Leistungsfluss von der Sekundär- Antriebswelle zum Planetenradträger wird vorzugsweise durch eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung beeinflusst.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist ein Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebsystem eine Getriebeeinrichtung mit wenigstens einer Übersetzungsstufe mit einem hohen Wirkungsgrad auf. Vorzugsweise ist diese Getriebeeinrichtung als Planeten- getriebe ausgeführt. In einem Planetengetriebe können vorzugsweise wenigstens zwei Wellen miteinander verbunden werden. Als Wellen sind vorzugsweise das Sonnenrad oder die Sonnenradwelle, das Hohlrad oder die Hohlradwelle sowie der Planetenradträger aufzufassen. Vorzugsweise wird das Hohlrad mit dem Sonnenrad oder bevorzugt das Hohlrad mit dem Planetenradträger oder das Sonnenrad mit dem Planetenradträger verbunden. Das Planetengetriebe weist insbesondere einen hohen Wirkungsgrad auf, wenn sich zwei dieser Wellen mit gleicher Drehzahl bewegen und das Übersetzungsverhältnis zwischen einem Getriebeeingangselement und einem Getriebeausgangselement des Planetengetriebes 1 : 1 ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem eine Getriebeeinrichtung mit einem veränderbaren Drehzahlverhältnis auf. Die Getriebeeinrichtung weist vorzugsweise eine erste Getriebeeingangsdrehzahl, eine zweite Getriebeeingangsdrehzahl sowie eine Getriebeausgangsdrehzahl auf. Das Drehzahlverhältnis zwischen der zweiten Getriebeeingangsdrehzahl und der Getriebeausgangsdrehzahl wird vorzugsweise durch die erste Getriebeeingangsdrehzahl bestimmt. Vorzugsweise wird die zweite Getriebeeingangsdrehzahl mit der ersten Getriebeeingangsdrehzahl überlagert. Durch diese Drehzahlüberlagerung wird vorzugsweise eine kontinuierliche Verstellung des Drehzahlverhältnisses ermöglicht. Die Getriebeein- richtung mit veränderbarem Drehzahlverhältnis weist wenigstens ein erstes Getriebeeingangselement, ein zweites Getriebeeingangselement sowie ein Getriebeausgangselement auf. Das erste Getriebeeingangselement ist vorzugsweise mit der Primär-Antriebs- welle verbindbar. Das zweite Getriebeeingangselement ist vorzugsweise mit der Sekun- där-Antriebswelle verbindbar. Durch das kontinuierlich anpassbare Drehzahlverhältnis kann vorzugsweise die Sekundär-Antriebsmaschine in einem Betriebsbereich mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden. Durch den Betrieb in einem wirkungsgradgünstigen Betriebsbereich wird vorzugsweise ein emissionsarmer Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Primär-Antriebswelle und die Sekundär- Antriebswelle koaxial und/oder fluchtend zueinander angeordnet. Durch diese Art der Wellenausrichtung wird vorzugsweise ein einfacher Aufbau des kombinierten Antriebssystem ermöglicht. Durch den einfachen und damit gewichtssparenden Aufbau des kombinierten Antriebssystems wird vorzugsweise ein effizienter Betrieb des Kraftfahrzeugs erreicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Leistung von der Primär-Antriebswelle zu einem Antriebselement des Fahrzeugs oder umgekehrt umwandlungsfrei übertragen. Bevorzugt wird die Leistung von der Sekundär-Antriebswelle umwandlungsfrei zu wenigstens einem Antriebselement des Fahrzeugs übertragen.
Unter dem umwandlungsfreien Übertragen der Leistung ist zu verstehen, dass eine me- chanische Leistung während ihrer Übertragung nicht in eine andere Form der Leistung, umgewandelt wird insbesondere nicht in elektrische Leistung. Die mechanische Leistung wird vorzugsweise dann umwandlungsfrei übertragen, wenn das Produkt aus Drehmoment und Drehzahl während der Übertragung im Wesentlichen konstant bleibt. Vorzugsweise ist die Sekundär-Antriebswelle durch eine Getriebeeinrichtung und/oder durch eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung mit einem Antriebselement des Fahrzeugs verbindbar, dadurch wird vorzugsweise ein vollständiger mechanischer Durchtrieb hergestellt und ein hoher Wirkungsgrad für das kombinierte Antriebssystem erreicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die Drehmomentflüsse des kombinierten Antriebssystems durch Drehmoment-Übertragungseinrichtungen so beeinflusst werden, dass sich ein hoher Wirkungsgrad des Antriebssystems ergibt. Das kombinierte Antriebssystem weist dazu vorzugsweise eine, zwei, drei oder mehr Drehmoment-Übertragungseinrichtungen auf. Bevorzugt sind die Drehmoment-Übertragungseinrichtungen aus einer Gruppe verschiedenartiger Drehmoment-Übertragungseinrichtungen ausgewählt. Diese Gruppe umfasst mechanische Kupplungen und Bremsen, welche wenigstens teilweise Kräfte aufgrund von Festkörperreibung oder aufgrund von hydrodynamischen oder hydrostatischen Effekten übertragen und/oder berührungslose Kupplungen und Bremsen, welche Kräfte aufgrund von magnetischen oder elektrischen Effekten übertragen.
Unter mechanischen Kupplungen und Bremsen sind vorzugsweise solche Kupplungen zu verstehen, welche nach dem Prinzip des Form- oder Reibschlusses arbeiten. Reib- schlüssige Kupplungen lassen sich insbesondere nach der Ausbildung der Reibflächen einteilen. Vorzugsweise weist die Gruppe der mechanischen Kupplungen Backen-, Kegel-, Scheiben- (Einscheiben-, Mehrscheiben-, Lamellen-) und Schlingenbandkupplun- gen und sowohl nass- als auch trockenlaufende Drehmoment-Übertragungseinrich- tungen auf.
Dabei können die Drehmoment-Übertragungseinrichtungen auch schlupfgesteuert sein. Unter dem Schlupf ist das Verdrehen der Eingangsseite der Drehmoment-Übertragungseinrichtung gegenüber der Ausgangsseite zu verstehen.
Die Kupplungen und Bremsen können ferner aus einer Gruppe hydraulischer Kupplungen ausgewählt sein. Zu den hydraulischen Kupplungen zählen insbesondere hydrodynamische Drehmomentwandler mit und ohne Überbrückungskupplung. Unter hydraulischen Kupplungen sind vorzugsweise auch Kupplungen zu verstehen, welche Drehmo- mente wenigstens teilweise aufgrund der Scherreibung von Flüssigkeiten übertragen. Vorzugsweise können hydraulische Kupplungen eine Füllmengenregelung aufweisen.
Eine mechanische Kupplung oder Bremse kann eine Füllung mit einem ferromagnetischen Medium auf. Durch Fließen eines Stroms ergibt sich ein magnetischer Fluss, wel- eher die Eigenschaften des ferromagnetischen Mediums ändert. Vorzugsweise weist die Gruppe der magnetischen Drehmoment-Übertragungseinrichtungen auch Magnetpulverkupplungen und -bremsen aufweisen.
Vorzugsweise weist die Gruppe der berührungslosen Drehmoment-Übertragungseinrich- tungen Kupplungen und Bremsen auf, bei welchen durch einen permanent- oder elektromagnetischen Bereich der Drehmoment-Übertragungseinrichtung ein elektrischer Strom und/oder einen magnetischen Fluss in einem anderen Bereich der Drehmoment- Übertragungseinrichtung induziert wird, insbesondere ein Wirbelstrom. Vorzugsweise durch diesen induzierten Strom üben diese beiden Bereiche Kräfte aufeinander aus. Vor- zugsweise ist somit ein Drehmoment von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite der Drehmoment-Übertragungseinrichtung übertragbar. Vorzugsweise weist die Gruppe der berührungslosen Drehmoment-Übertragungseinrichtungen Kupplungen- und Bremsen auf, welche wenigstens teilweise mit einem Medium befüllt sind, welches durch das Anlegen einer Spannung das Drehmomentübertragungsverhalten der Drehmoment-Übertragungseinrichtung verändert. Vorzugsweise weist die Gruppe der berührungslosen Drehmoment-Übertragungseinrichtungen Kupplungen und Bremsen auf, welche elektrorheologische Flüssigkeiten enthalten.
Vorzugsweise kann eine Drehmoment-Übertragungseinrichtungen aus einer Gruppe von Überholkupplungen ausgewählt sein. Unter Überholkupplungen sind insbesondere Frei- läufe zu verstehen. Unter einem Freilauf ist eine Einrichtung zu verstehen, welche die Drehung eines Elements des kombinierten Antriebssystems nur in eine Drehrichtung zu- lässt. Vorzugsweise kann es sich um schaltbare und nicht-schaltbare Freiläufe handeln. Ein schaltbarer Freilauf weist insbesondere zwei Betriebszustände auf. In einem ersten Betriebszustand lässt der Freilauf eine Drehbewegung eines Elements des kombinierten Antriebssystems vorzugsweise nur in wenigstens eine Drehrichtung zu. Der Freilauf entfaltet in diesem Betriebszustand eine Sperrwirkung. In einem zweiten Betriebszustand kann durch einen Steuerbefehl die Sperrwirkung des schaltbaren Freilaufs für wenigstens eine Drehrichtung aufgehoben werden. Freiläufe lassen sich insbesondere durch die Art unterscheiden, wie sie ihre Sperrwirkung erreichen. Vorzugsweise lassen sich Freiläufe in Gruppen mit form- und reibschlüssiger Sperrfunktion einordnen.
Die Gruppe der formschlüssigen Freiläufe weist Klinkenfreiläufe mit Innen- oder Außen- Verzahnung und drehrichtungsabhängig betätigten Zahn- oder Klauenkupplungen auf.
In die Gruppe der reibschlüssigen Freiläufe lassen sich Freiläufe mit axialer und radialer Klemmfunktion einordnen. Die Gruppe der Freiläufe mit radialer Klemmfunktion weist Klemmrollenfreiläufe mit Innen- oder Außenstern, Klemmkörperfreiläufe, Federbandfrei- läufe auf. Die Gruppe der Freiläufe mit axialer Klemmfunktion weist Axialfreiläufe, wie Schrauben-Reibkupplungen, und Axialfreiläufe mit Konus auf. Freiläufe können auch aus einer Kombination der genannten Funktionsprinzipien aufgebaut werden. Die genannten Kupplungen sind heute wohlbekannte Drehmoment-Übertragungseinrichtungen. Durch die Verwendung dieser Drehmoment- Übertragungseinrichtungen, insbesondere aus wenigstens einer der genannten Grup- pen, kann kurzfristig ein kombiniertes Antriebssystem aufgebaut werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Drehmomentübertragung von der Sekun- där-Antriebswelle zu einer Abtriebseinrichtung beeinflussbar, vorzugsweise unterbrechbar. Diese Unterbrechung der Drehmomentübertragung wird insbesondere durch eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung erreicht. Die drehmomentleitende Verbindung zwischen der Sekundär-Antriebsmaschine und der Abtriebseinrichtung kann insbesondere zwei Zustände aufweisen.
In einem ersten Zustand wird vorzugsweise ein Drehmoment von der Sekundär-Antriebs- maschine auf die Abtriebseinrichtung übertragen. In einem zweiten Zustand wird vorzugsweise kein Drehmoment von der Sekundär-Antriebsmaschine auf die Abtriebseinrichtung übertragen.
In diesem zweiten Zustand kann vorzugsweise die gesamte oder wenigstens der über- wiegende Teil der im Fahrzeug gespeicherten Energie zur Primär-Antriebsmaschine übertragen werden. Dadurch wird erreicht, dass die im Fahrzeug gespeicherte Energie, wenigstens teilweise, in die Energiespeichereinrichtung speicherbar ist. Somit wird insbesondere die Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht und die verursachten Emissionen verringert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Drehmoment-Übertragungseinrichtung zwischen der Sekundär-Antriebsmaschine und der Abtriebseinrichtung als eine Überholkupplung ausgeführt. Vorzugsweise ist diese Drehmoment-Übertragungseinrichtung ein Freilauf und besonders bevorzugt ein schaltbarer Freilauf. Vorzugsweise wird durch einen Freilauf erreicht, dass die Sekundär-Antriebsmaschine nur in dem Fall eine Leistung auf die Abtriebseinrichtung überträgt, wenn die Drehzahl der Sekundär- Antriebswelle größer ist als die Drehzahl eines Eingangselements der Abtriebs- einrichtung. Ein Leistungsfluss von der Abtriebseinrichtung zur Sekundär- Antriebsmaschine wird insbesondere durch einen Freilauf verhindert, bevorzugt durch einen schaltbaren Freilauf. Durch einen Freilauf zwischen der Sekundär-Antriebs- maschine und der Abtriebseinrichtung werden vorzugsweise die Möglichkeiten zur Steuerung des kombinierten Antriebssystems verbessert.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Getriebewelle einer Getriebeeinrichtung drehfest gehalten, d.h. dass sich diese Getriebewelle gegenüber einem anderen Element, insbesondere gegenüber dem Getriebegehäuse, nicht mehr drehen kann. Unter einer Getriebewelle ist insbesondere ein Sonnenrad oder eine Sonnenradwelle, ein Hohl- rad oder eine Hohlradwelle, ein Planetenrad oder eine Planetenradwelle oder ein Plane- tenradträger zu verstehen. Diese Getriebewelle wird vorzugsweise durch eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung drehfest gehalten. Vorzugsweise ist diese Drehmoment- Übertragungseinrichtung eine Lamellenbremse. Durch das Drehfesthalten einer Getriebewelle kann insbesondere das Drehzahlverhältnis einer Getriebeeinrichtung beeinflusst werden. Durch das beeinflussbare Drehzahlverhältnis einer Getriebeeinrichtung wird ein Betrieb mit niedrigem Verbrauch und großer Reichweite des kombinierten Antriebssystems erreicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Getriebewelle einer Getriebeeinrichtung mit einer zweiten Getriebewelle verbunden, wodurch diese beiden Getriebewellen die gleiche Drehzahl aufweisen. Das Verbinden der beiden Getriebewellen wird vorzugsweise durch eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung erreicht. Durch das Verbinden von zwei Getriebewellen miteinander kann insbesondere das Drehzahlverhältnis einer Getriebeeinrichtung beeinflusst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist insbesondere zwischen der Sekundär- Antriebsmaschine und der Abtriebseinrichtung wenigstens ein Drehschwingungsdämpfer angeordnet, welcher dazu vorgesehen ist, Drehschwingungen zu verringern. Unter einer Drehschwingung ist insbesondere eine mechanische Schwingung zu verstehen, die um einen Freiheitsgrad eines rotatorischen Systems erfolgt. Durch die Dämpfung der Drehschwingungen werden dynamische Beanspruchungen der Einrichtungen eines kombinierten Antriebssystems verringert, das NVH-Verhalten verbessert und der Komfort für die Benutzer erhöht. Der oder die Drehschwingungsdämpfer sind vorzugsweise aus einer Gruppe mechanischer und/oder elektrischer Drehschwingungsdämpfer ausgewählt, welche aufgrund unterschiedlicher physikalischer Effekte Schwingungen dämpfen. Insbesondere verringert ein Drehschwingungsdämpfer die Amplitude der Drehmomentschwingung, welche von der Sekundär-Antriebsmaschine auf die Abtriebseinrichtung aufgebracht wird. Vorzugsweise verringert der Drehschwingungsdämpfer die Amplitude dieser Drehmomentschwingung um mehr als 10%, vorzugsweise um mehr als 50% und besonders bevorzugt um mehr als 90%.
Zu der Gruppe der bevorzugten Drehschwingungsdämpfers gehören vorzugsweise Ein -, Zwei-, Drei- oder Mehrmassen-Schwungräder, bei denen vorzugsweise auch das Resonanzverhalten zur Dämpfung mit herangezogen wird. Ferner gehören zu der Gruppe Drehschwingungstilger, die eine Drehschwingung vorzugsweise dadurch dämpfen, dass sie eine mechanische Schwingung mit einer bestimmten Phasenbeziehung zu dieser Drehschwingung erzeugen. Vorzugsweise ist die mechanische Schwingung des
Drehschwingungstilgers im Wesentlichen gegenphasig zu dieser Drehschwingung.
Zu der Gruppe der bevorzugten Drehschwingungsdämpfer gehören auch Drehschwin- gungsdämpfer, deren Eigenfrequenz veränderbar ist. Vorzugsweise ist die Eigenfrequenz eines Drehschwingungsdämpfers durch ein Fliehkraftpendel und/oder durch eine andere Einrichtung veränderbar, welche auf die Drehzahl des Drehschwingungsdämpfers anspricht. Zu der Gruppe der bevorzugten Drehschwingungsdämpfer gehören auch Dämpfer, bei denen Drehschwingungen durch eine elektromechanischen Aktuatoreinrichtung gedämpft werden. Vorzugsweise wird durch eine elektromechanische Aktuatoreinrichtung und/oder durch die Primär-Antriebsmaschine eine mechanische Schwingung mit einer bestimmten Phasenbeziehung zu dieser Drehschwingung erzeugt.
Mit Hilfe dieser elektromechanischen Drehschwingungsdämpfern können vorzugsweise auch Kompensationsschwingungen erzeugt werden, wie dies vorstehend bereits in be- zug auf die Primär-Antriebsmaschine erläutert wurde. Dazu können entweder die Daten der Motorsteuerung und/oder Daten herangezogen werden, die aus Schwingungsgebern erhalten werden, die an einer oder mehreren Stellen des Antriebsstrangs angeordnet sind, um Schwingungen aufzunehmen. Es ist auch möglich, alternativ oder zusätzlich die Schwingungen im elektrischen Feld der Primär-Antriebsmaschine zu erfassen. Aus die- sen erfassten Schwingungen können Kompensations-Schwingungsbewegungen berechnet werden, die dann durch Drehschwingungsdämpfer erzeugt werden.
Eine derartige aktive Drehschwingungsdämpfung ist besonders dann von Vorteil, wenn ein Verbrennungsmotor als Sekundär-Antriebsmaschine eingesetzt wird, der nur zwei oder gar nur ein Zylinder aufweist und als Hubkolbenmotor gestaltet ist.
Zu der Gruppe der bevorzugten Drehschwingungsdämpfer gehören auch Dämpfer die als physikalisches Funktionsprinzip die innere Reibung von elastischen Werkstoffen an- wenden. Insbesondere Elastomerdämpfer dämpfen Schwingungen mit der inneren Reibung eines elastischen Werkstoffs.
Zu der Gruppe der bevorzugten Drehschwingungsdämpfer gehören ferner Dämpfer, bei denen als physikalisches Funktionsprinzip die Flüssigkeitsreibung beziehungsweise der Strömungswiderstand eines Fluids verwendet wird. Vorzugsweise Gasdruckdämpfer und Viskodämpfer dämpfen Schwingungen mit Flüssigkeitsreibung, insbesondere durch Strömungswiderstand.
Erfindungsgemäß weist ein Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem eine zweite Energiespeichereinrichtung auf, insbesondere zum Speichern von Energie für die Sekundär- Antriebsmaschine. In dieser zweiten Energiespeichereinrichtung ist Energie vorzugsweise in chemisch gebundener Form gespeichert.
Die chemisch gebundene Energie ist vorzugsweise in einem flüssigen, gasförmigen oder festen Kraftstoff gebunden. Der Kraftstoff ist vorzugsweise unter einem gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten oder bevorzugt unter einem im Wesentlichen dem Umgebungsdruck entsprechenden Speicherdruck gespeichert. Der Kraftstoff enthält vorzugsweise wenigstens anteilig Kohlenwasserstoff. Ein solcher Kraftstoff weist vorzugsweise wenigstens einen Anteil von Otto-, Diesel-, Turbinenkraftstoff (Petroleum), Pflanzenöl, verestertes Pflanzenöl (Bio-Diesel), Alkohol (Methanol, Ethanol, Butanol) und Benzol, Flüssiggas (Liquified Natural Gas, Liquified Petroleum Gas), Xtl-Kraftstoff (Coal-, Gas-, Biomass to Liquid), Erdgas (Compressed Natural Gas), Methan, Ethan, Biogas (Synthe- tic Natural Gas), Dimethylether und Wasserstoff oder eine Mischung von mimdestens zweien dieser Kraftstoffe auf. Dieser Kraftstoff wird vorzugsweise in einem Behälter gespeichert und vorzugsweise in einer exotherme Reaktion in thermische Energie umgewandelt, wobei diese thermische Energie vorzugsweise indirekt zum Antrieb des Kraftfahrzeugs und/oder zum Temperieren des Kraftfahrzeugs verwendet werden kann.
Durch das Vorhandensein eines Vorrats eines Krafftstoffs wird vorzugsweise zur Erzeugung thermischer Energie keine Energie aus dem mit der Primär-Antriebsmaschine verbundenen Energiespeicher entzogen, dadurch wird die Primär-Reichweite vergrößert. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen verschiedene Einrichtungen des kombinierten Antriebssystems eine gemeinsame temperaturleitende Verbindung auf. In einem kombinierten Antriebssystem entsteht an verschiedenen Einrichtungen thermische Energie. Diese thermische Energie entsteht insbesondere beim Betrieb einer Primär-Antriebsmaschine, einer Sekundär-Antriebsmaschine, einer Getriebeeinrichtung, einer E- nergiespeichereinrichtung und einer Steuereinrichtung zum Steuern des kombinierten Antriebssystems.
Die verschiedenen Einrichtungen eines kombinierten Antriebssystems weisen einen insbesondere von der Temperatur abhängigen Wirkungsgrad auf. Insbesondere der Wir- kungsgrad einer Energiespeichereinrichtung ist niedrig, wenn diese bei einer tiefen Temperatur betrieben wird. Insbesondere an der Steuereinrichtung entsteht thermische Energie, aufgrund eines Wirkungsgrades kleiner als eins. Durch die temperaturleitende Verbindung kann vorzugsweise thermische Energie von der Steuereinrichtung zur Energiespeichereinrichtung übertragen werden. Die thermische Energie wird zur Temperatur- leitung vorzugsweise auf ein Fluid übertragen. Dieses Fluid wird vorzugsweise durch eine offene oder geschlossenen Einrichtung geleitet. Die Leitung der thermischen Energie orientiert sich dabei vorzugsweise daran, dass die thermische Energie von einer Einrichtung abgeführt wird, an welcher diese entsteht und einer Einrichtung zugeführt wird, welche bei einer Temperatur, welche höher liegt als ihre augenblickliche, einen besseren Wirkungsgrad erzielt.
Insbesondere durch die Übertragung der thermischen Energie der Steuereinrichtung zur Energiespeichereinrichtung wird vorzugsweise der Wirkungsgrad derselben erhöht und damit der Wirkungsgrad des kombinierten Antriebssystems und somit die Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das kombinierte Antriebssystem wenigstens eine Primär-Antriebsmaschine, eine Sekundär-Antriebsmaschine und eine Getriebeeinrichtung auf. Vorzugsweise werden wenigsten zwei dieser Komponenten oder alle von einem gemeinsamen Fluidstrom an- bzw. durchströmt. Durch diesen gemeinsamen Flu- idstrom wird vorzugsweise Wärmeenergie von wenigstens einer dieser Komponenten auf wenigstens eine andere übertragen. Das Fluid des gemeinsamen Fluidstroms ist vor- zugsweise ein Schmieröl, vorzugsweise ein Mineral- oder ein Syntheseöl. Durch einen gemeinsamen Wärme- und/oder Schmiermittelkreislauf wird vorzugsweise ein Antriebssystem mit einem geringen Gewicht und hohem Wirkungsgrad verwirklicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Umkehr der Fahrtrichtung des Kraftfahr- zeugs durch das Umkehren der Drehrichtung der Primär-Antriebsmaschine erreicht. Durch den Entfall eines durch Getriebeübersetzungen verwirklichten Rückwärtsgangs wird Gewicht eingespart und damit vorzugsweise eine hohe Reichweite des Kraftfahrzeugs ermöglicht. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine mit der Abtriebseinrichtung, insbesondere direkt oder indirekt, verbundene Getriebewelle durch eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung drehfest gehalten. Vorzugsweise kann diese Getriebewelle durch die Drehmoment-Übertragungseinrichtung auch nicht drehfest gehalten werden. Diese Drehmoment-Übertragungseinrichtung ist vorzugsweise eine selbsthaltende Drehmoment- Übertragungseinrichtung oder eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung, bei der zum Aufrechterhalten wenigstens eines Betriebszustandes keine äußere Kraft zugeführt wird. Unter einer selbsthaltenden Drehmoment-Übertragungseinrichtung ist eine Drehmoment- Übertragungseinrichtung zu verstehen, welche ohne Einwirkung einer äußeren Kraft ein Drehmoment überträgt. Diese Drehmoment-Übertragungseinrichtung ist vorzugsweise eine Rastverbindung oder eine Klauen-Kupplung. Durch eine selbsthaltende Drehmoment-Übertragungseinrichtung kann insbesondere eine Parkbremse auf einfache und energieeffiziente Weise verwirklicht und somit ein verbessertes Antriebssystem darge- stellt werden.
Ein Verfahren zum Betrieb eines kombinierten Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug dient vorzugsweise zum Erreichen einer hohen Energieeffizienz bei gleichzeitig guten Fahrleistungen. Das kombinierte Antriebssystem weist wenigstens eine Primär- Antriebsmaschine, eine Sekundär-Antriebsmaschine, eine Energiespeichereinrichtung sowie eine Abtriebseinrichtung auf. Durch dieses Verfahren werden wenigstens folgende Betriebszustände des kombinierten Antriebssystems verwirklicht:
- die Leistungen der Sekundär-Antriebsmaschine und der Primär-Antriebsmaschine werden gemeinsam zum Antrieb des Fahrzeugs herangezogen, wobei die Sekundär-Antriebsmaschine mechanisch in den Antrieb eingekoppelt ist;
- die Sekundär-Antriebsmaschine treibt an und die Primär-Antriebsmaschine wird über die Primär-Antriebswelle angetrieben und die dabei erzeugte Energie wird wenigstens teilweise gespeichert;
- die Primär-Antriebsmaschine treibt an und die Sekundär-Antriebsmaschine ist dabei im Stillstand;
- die Primär-Antriebsmaschine wird über die Primär-Antriebswelle angetrieben und die Sekundär-Antriebsmaschine ist im Stillstand oder im Leerlauf;
Dieses Verfahren versetzt das kombinierte Antriebssystem vorzugsweise in Abhängigkeit verschiedener Randbedingungen in unterschiedliche Betriebszustände. Vorzugsweise werden zur Steuerung des kombinierten Antriebssystems durch eine Steuereinrichtung der Betriebszustand des kombinierten Antriebssystems und die Betriebsanforderungen durch den Benutzer herangezogen. Solche Randbedingungen sind insbesondere der Ladezustand des Energiespeichers, der Fahrwunsch des Benutzers, wie zum Beispiel Beschleunigung oder Fahrtgeschwindigkeit, Informationen über die Strecke die zurück- gelegt werden soll, wie zum Beispiel Steigung, Gefälle und Entfernung und Informationen über andere Umweltweinflüsse, wie die Umgebungstemperatur.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird dieses Verfahren durch wenigstens eine Steuereinrichtung ausgeführt. Unter einer Steuereinrichtung ist vorzugsweise eine Einrichtung zu verstehen, welche wenigstens ein Rechenwerk zum Vergleichen von Daten aufweist. Vorzugsweise weist eine Steuereinrichtung wenigstens einen Datenspeicher zum Abspeichern von Daten und wenigstens eine Einrichtung zum Einlesen oder Eingeben von Daten auf. Diese Steuervorrichtung erfasst vorzugsweise wenigstens eine der folgenden Betriebsgrößen direkt oder indirekt:
- die Drehzahl und/oder Beschleunigung der Primär-Antriebswelle und/oder
- wenigstens eine Temperatur der Primär-Antriebsmaschine und/oder
- die Drehzahl und/oder Beschleunigung der Sekundär-Antriebswelle und/oder - wenigstens eine Temperatur der Sekundär-Antriebsmaschine und/oder
- die Drehzahl und/oder Beschleunigung der Abtriebseinrichtung und/oder
- die Drehzahl und/oder Beschleunigung wenigstens einer Getriebeeingangswelle und/oder
- wenigstens eine Temperatur der Getriebeeinrichtung und/oder
- die Drehzahl und/oder Beschleunigung wenigstens eines Antriebselements des Fahrzeugs und/oder
- die Drehzahl und/oder Beschleunigung der Sekundär-Antriebsmaschine und/oder
- den Füllungsgrad wenigstens eines Energiespeichers und/oder
- wenigstens eine Temperatur wenigstens eines Energiespeichers und/oder - wenigstens eine Stromstärke und/oder eine Spannung wenigstens eines Energiespeichers und/oder
- die Rate des Nickens und/oder
- die Rate des Wankens und/oder
- die Rate des Gierens und/oder
- wenigstens einen Abstand zu wenigstens einem anderen Verkehrsteilnehmer, und/oder
- wenigstens den Einfederungszustands einer Fahrwerkseinrichtung. ln der Steuereinrichtung oder dem Datenspeicher sind insbesondere Informationen zu den einzelnen Komponenten des kombinierten Antriebssystems abgespeichert. Vorzugsweise beinhalten solche Informationen Angaben zu technischen Daten, vorzugswei- se zu Wirkungsgraden der Komponenten des kombinierten Antriebssystems.
Ferner kann die Steuereinrichtung vorzugsweise auch Informationen verarbeiten, die extern per Funk durch externe Sender und insbesondere durch das Internet zugeführt werden. Diese Informationen beinhalten vorzugsweise Daten zur aktuellen und zur er- warteten Verkehrssituation insbesondere zu Verkehrsstaus, zum Wetter bzw. zur Wetterentwicklung und dergleichen.
Vorzugsweise wird das kombinierte Antriebssystem unter Berücksichtigung der erfassten Werte gesteuert. Vorzugsweise werden die Betriebsgrößen erfasst, mit gespeicherten Daten verglichen und ein Steuerungsbefehl erstellt.
Durch das Berücksichtigen, insbesondere mehrerer Betriebsgrößen bei der Steuerung des kombinierten Antriebssystems, wird ein Betrieb des Antriebssystems mit geringen Emissionen und mit geringem Verbrauch erreicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Differenz zwischen der Drehzahl der Se- kundär-Antriebswelle und der Drehzahl einer Getriebeeingangswelle oder der Drehzahl der Primär-Antriebswelle erfasst. Insbesondere werden diese Drehzahlen verglichen. Wenn diese Differenz größer oder gleich Null ist, wird insbesondere die Leistung von der Sekundär-Antriebsmaschine auf die Abtriebseinrichtung übertragen. Diese Leistungsübertragung wird insbesondere durch eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung ermöglicht. Die Drehmoment-Übertragungseinrichtung wird insbesondere nach dem Vergleich der Drehzahlen und bei einer Drehzahldifferenz, die im Wesentlichen Null oder größer als Null ist, betätigt beziehungsweise eingerückt.
In einer bevorzugt Ausführungsform wird insbesondere der Ladezustand der Energiespeichereinrichtung erfasst. Vorzugsweise wird ein Leistungsfluss von der Sekundär- Antriebsmaschine zur Primär-Antriebsmaschine nur zugelassen, wenn der Ladezustand der Energiespeichereinrichtung einen in der Steuereinrichtung abgelegten Grenzwert unterschreitet. Vorzugsweise ist dieser Grenzwert wenigstens von einer der folgenden Größen abhängig:
- der Fahrstrecke, zum Beispiel Steigungs- und Gefällestrecken und Länge der noch zurückzulegenden Strecke,
- dem Ladezustand der Energiespeichereinrichtung, insbesondere die noch aus- speicherbare Energiemenge oder
- dem Betriebszustand wenigstens einer Antriebsmaschine, insbesondere wenigstens die Drehzahl oder das Drehmoment.
Vorzugsweise wird der Leistungsfluss von der Sekundär Antriebsmaschine zur Primär- Antriebsmaschine so gesteuert, dass die Sekundär-Antriebsmaschine durch die zusätzlich abgegebene Leistung in einen Bereich mit günstigerem Wirkungsgrad betrieben wird.
Durch das Verschieben des Betriebszustandes der Sekundär-Antriebsmaschine in Richtung eines günstigeren Wirkungsgrades wird vorzugsweise ein emissionsärmerer Betrieb des kombinierten Antriebssystems erreicht.
Weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der beigefügten Figuren.
Dabei zeigen:
Fig.1 : eine Charakterisierung von Antriebssystemen anhand der installierten Leistung von Primär-Antriebsmaschine und Sekundär-Antriebsmaschine;
Fig.2: den Energieinhalt der elektrischen Energiespeichereinrichtung für unterschiedliche kombinierte Antriebssysteme; Fig.3: die Anzahl der Übersetzungsstufen und die mit der Primär-Antriebsmaschine erreichbare Reichweite für kombinierte Antriebssysteme;
Fig.4: eine Ausführungsform eines kombinierten Antriebssystems mit einer Primär- Antriebsmaschine und einer Sekundär-Antriebsmaschine;
Fig.5: eine Ausführungsform eines kombinierten Antriebssystems mit einer gegenüber der Sekundär-Antriebsmaschine koaxial fluchtend ausgerichteten Primär- Antriebsmaschine;
Fig.6: ein kombiniertes Antriebssystem mit einer Anpass-Getriebeeinrichtung zur Anpassung der Drehzahl der Primär-Antriebsmaschine an die Drehzahl der Sekundär-Antriebsmaschine;
Fig.7: ein kombiniertes Antriebssystem mit einem Drehschwingungsdämpfer, einer
Überholkupplung und einer Drehmoment-Übertragungseinrichtung zwischen der Primär-Antriebsmaschine und der Sekundär-Antriebsmaschine;
Fig.8: ein kombiniertes Antriebssystem mit einer schaltbaren Getriebeeinrichtung und einer Anpass-Getriebeeinrichtung;
Fig.9: ein kombiniertes Antriebssystem mit einer Planetengetriebeeinrichtung als
schaltbare Getriebeeinrichtung mit Abtrieb über den Planetenradträger;
Fig.10: ein kombiniertes Antriebssystem mit einer Planetengetriebeeinrichtung als
schaltbare Getriebeeinrichtung mit Abtrieb über das Hohlrad, wobei die Sekundär-Antriebsmaschine mit dem Planetenradträger verbindbar ist;
Fig.11 : ein kombiniertes Antriebssystem mit einer Planetengetriebeeinrichtung als
schaltbare Getriebeeinrichtung mit Abtrieb über den Planetenradträger, wobei die Primär-Antriebsmaschine und die Sekundär-Antriebsmaschine koaxial fluchtend zueinander ausgerichtet sind; Fig.12: ein kombiniertes Antriebssystem mit einer Planetengetriebeeinrichtung, der
Abtrieb erfolgt über das Hohlrad, der Planetenradträger ist durch eine Überholkupplung und/oder eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung am Gehäuse der Planetengetriebeeinrichtung abstützbar; Fig.13: ein kombiniertes Antriebssystem, wie es dem heutigen Stand der Technik entspricht (Mild-Hybrid);
Fig.14: einige mögliche Anordnungen und Kombinationen von Sekundär-Antriebsmaschine, Schwingungsdämpfer, Drehmoment-Übertragungseinrichtung und Ü- berholkupplung; Fig.15: die Zusammenhänge zur Drehzahlanpassung zwischen der Primär-Antriebsmaschine und der Sekundär-Antriebsmaschine;
Fig.16: den Bezug zwischen Gewicht, Bauraum und Kosten und der Drehzahlanpassung der Drehzahlen der Primär-Antriebsmaschine und der Sekundär-Antriebsmaschine; Fig.17: die Dringlichkeit der Aufladung der elektrischen Energiespeichereinrichtung in
Abhängigkeit zum Wirkungsgrad eines kombinierten Antriebssystems;
Fig.18: die Drehzahlbeziehungen für ein kombiniertes Antriebssystem mit Planetengetriebeeinrichtung zwischen der Drehzahl des Planetenradträgers und der Drehzahl des Hohlrads; Fig.19: den Leistungsbedarf und die Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit kombiniertem Antriebsystem, mit einer kleinen Sekundär-Antriebsmaschine, im Extra- Urban-Driving-Cycle (EUDC);
Fig.20: den Leistungsbedarf und die Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit kombiniertem Antriebsystem, mit einer gegenüber Fig.18 vergrößerten Sekundär- Antriebsmaschine, im Extra-Urban-Driving-Cycle (EUDC); Fig.21 : Energiebedarfe in Abhängigkeit der Leistung der Sekundär-Antriebsmaschine für eine Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem während des Extra- Urban-Driving-Cycle (EUDC);
Fig.22: einen Vergleich der abgebbaren Leistung eines kombinierten Antriebssystem ohne schaltbare Getriebeeinrichtung für den elektrischen Pfad (serieller Hybrid) mit dem mechanischen Pfad (mechanischer Durchtrieb);
Fig.23: einen Vergleich der abgebbaren Leistung eines kombinierten Antriebssystem mit schaltbare Getriebeeinrichtung ( , in) für den elektrischen Pfad (serieller Hybrid) mit dem mechanischen Pfad (mechanischer Durchtrieb);
Fig.24: einen Vergleich der Wirkungsgrade des elektrischen Antriebspfades (serieller
Hybrid) und des mechanischen Antriebspfads (mechanischer Durchtrieb), mit schaltbarer Getriebeeinrichtung, für kombinierte Antriebssysteme;
Fig.25: den Verlauf der elektrischen Reichweite über der nominellen Batteriekapazität unter Berücksichtigung des Batteriegewichts für ein Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem;
Fig.26: ein kombiniertes Antriebssystem mit einer Planetengetriebeeinrichtung als
schaltbare Getriebeeinrichtung mit Abtrieb über den Planetenradträger, wobei die Primär-Antriebsmaschine und die Sekundär-Antriebsmaschine koaxial fluchtend zueinander ausgerichtet sind.
Figur 1 zeigt die Charakterisierung von kombinierten Antriebssystemen, wobei sich diese Charakterisierung anhand der Aufteilung der Gesamtantriebsleistung zwischen der Primär-Antriebsmaschine und der Sekundär-Antriebsmaschine orientiert. Anhand dieser Klassifizierung lassen sich heute vier Antriebssysteme charakterisieren.
Im Bereich A sind dies heute übliche Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor im Wesentlichen ohne elektrische Antriebsmaschine. Bei diesen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor wird die gesamte, zum Antrieb notwendige, Leistung durch eine Verbren- nungskraftmaschine, welche hier als Sekundär-Antriebsmaschine bezeichnet wird, bereitgestellt. Auch bei solchen Fahrzeugen ist heute schon ein geringer Elektrifizierungsgrad vorhanden, so zum Beispiel, durch die Lichtmaschine und den elektrischen Anlasser. Im rechten Teil der Figur 1 , in dem mit E gekennzeichneten Bereich, sind Kraftfahr- zeuge mit reinem Elektroantrieb dargestellt. Bei diesen Kraftfahrzeugen wird die gesamte, zum Antrieb notwendige, Leistung durch einen elektromechanischen Energiewandler, welcher hier als Primär-Antriebsmaschine bezeichnet wird, zur Verfügung gestellt.
In den mit B gekennzeichneten Bereich in Figur 1 , sind heute übliche Hybridantriebe ein- zuordnen. Bei diesen Hybridantrieben kommen, bezogen auf die Leistung, kleinere Elektromotoren in Verbindung mit größeren Verbrennungskraftmotoren zum Einsatz. Typischerweise hat der Elektromotor eines solchen Hybridantriebs eine Leistung von 15 kW - 30 kW. Solche Fahrzeugkonzepte werden heute als Mikro- oder Mild-Hybrid bezeichnet.
Im Bereich C von Figur 1 sind sogenannte Voll-Hybrid-Antriebskonzepte dargestellt, bei diesen ist die elektrische Antriebsmaschine und die Verbrennungskraftmaschine bezogen auf ihre Leistung in etwa gleich groß. Diese Antriebskonzepte bedingen ein relativ kompliziertes Antriebssystem, da zwei in etwa gleich große Antriebsmaschinen kombi- niert werden.
Der Bereich DM in Figur 1 kennzeichnet den Bereich, in welchem ein erfindungsgemäßes kombiniertes Antriebssystem eingeordnet werden kann. Vorzugsweise ist die Primär-Antriebsmaschine des erfindungsgemäßen Antriebskonzepts, bezogen auf ihre Leistung, größer als die Sekundär-Antriebsmaschine. Diese Charakterisierung ist in dem gegenüber Du eingeschränkten Bereich Di dargestellt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße kombinierte Antriebssystem eine Leistungsaufteilung zwischen Sekundär-Antriebsmaschine und Primär-Antriebsmaschine auf, welche durch den Bereich Di charakterisiert wird. Hier ist die Primär-Antriebsmaschine größer als die Sekundär-Antriebsmaschine. Durch diese Leistungsaufteilung lässt sich ein kompaktes, leichtes und hoch effizientes Antriebssystem darstellen. ln Figur 2 ist die bevorzugte Speicherkapazität, auch als Batteriegröße bezeichnet, der elektrischen Energiespeichereinrichtung für ein kombiniertes Antriebssystem dargestellt, aufgetragen über der Leistungsaufteilung zwischen Sekundär-Antriebsmaschine und Primär-Antriebsmaschine, dargestellt. Es ist bevorzugt davon auszugehen, dass die Bat- teriegröße zwischen 2 kWh und 50 kWh liegt. Dabei zeigt Figur 2, dass es für die Batteriegröße entscheidend ist, wie die Antriebsleistung zwischen Sekundär- Antriebsmaschine und Primär-Antriebsmaschine verteilt ist. Je größer die Primär- Antriebsmaschine und je kleiner die Sekundär-Antriebsmaschine ist, desto größer wird die Batteriekapazität.
Die elektrische Energiespeichereinrichtung ist eine Einrichtung, welche systembedingt ein hohes spezifisches Gewicht aufweist. Daraus folgt, dass das Fahrzeuggewicht mit größer werdender elektrischer Energiespeichereinrichtung stark zunimmt. Figur 2 zeigt, dass die Batteriekapazität eines erfindungsgemäßen Antriebssystems zwischen 4 kWh und 20 kWh liegt. Figur 2 ist zu entnehmen, dass die Batteriekapazität heute üblicher Elektrofahrzeuge, also 100 % Primär-Antriebsmaschine, bei etwa 20 kWh - 60 kWh liegt, diese Kraftfahrzeuge weisen damit systembedingt ein höheres Gewicht auf, als ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug. Bezüglich des Fahrzeuggewichts stellt ein kombiniertes Antriebssystem somit eine effiziente Lösung zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs dar, insbesondere dann, wenn dieses Kraftfahrzeug auch über längere Strecken emissionsfrei betreibbar sein soll.
In Figur 3 ist sowohl die heute übliche Anzahl an Schaltstufen einer Getriebeeinrichtung dargestellt, wie auch die Primär-Reichweite, jeweils über der Leistungsaufteilung zwi- sehen der Sekundär- und der Primär-Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem. Figur 3 ist zu entnehmen, dass heute übliche Kraftfahrzeuge mit reinem verbrennungsmotorischen Antrieb (100% Sekundär-Antriebsmaschine) zwischen 6 und 8 Schaltstufen aufweisen. Heute übliche Kraftfahrzeuge mit reinem Elektroantrieb (100 % Primär-Antriebsmaschinen) hingegen, weisen meistens Getriebeeinrichtungen ohne Schaltstufen auf. Figur 3 zeigt, dass das erfindungsgemäße kombinierte Antriebssystem vorteilhafterweise mit zwei bis vier Getriebeschaltstufen ausgeführt wird. Dadurch kann eine Primär-Antriebsmaschine verwendet, welche ihre Antriebsleistung bei kontinuierlicher Fahrt des Fahrzeugs mit hoher Drehzahl und kleinem Drehmoment ab- gibt. Durch diese Leistungsentfaltung kann eine kleine und leichte Primär-Antriebsma- schine verwendet werden.
Zum Anfahren aus dem Stillstand oder zum Überwinden großer Anfahrwiderständen, wie zum Beispiel beim Überfahren eines Bordsteins, steht wenigstens eine zweite Schaltstufe zur Verfügung, so dass ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen kombinierten Antriebssystem auch in diesen Fahrsituationen betrieben werden kann. Unter der Pri- mär-Reichweite ist die Reichweite zu verstehen, welche ein Kraftfahrzeug mit kombinierten Antriebssystem erreichen kann, wenn dieses ausschließlich von der Primär- Antriebsmaschine angetrieben wird. Ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen kombinierten Antriebssystem erreicht mit seiner kleinen und leichten Energiespeichereinrichtung eine Primär-Reichweite von im Wesentlichen 100 km.
In Figur 4 ist das Grundkonzept eines erfindungsgemäßen kombinierten Antriebssystems dargestellt. Das erfindungsgemäße kombinierte Antriebssystem in Figur 4 weist dabei eine Primär-Antriebsmaschine 1 mit einer Primär-Antriebswelle 1.1 auf, eine Sekundär-An- triebsmaschine 2 mit einer Sekundär-Antriebswelle 2.1 , eine Abtriebseinheit 3, wobei diese Abtriebseinheit 3 eine schaltbare Getriebeeinrichtung aufweisen kann, ein Antriebselement des Fahrzeugs 4, eine Energiespeichereinrichtung 5 und eine Leistungs- elektronik 6.
Die Energiespeichereinrichtung 5 versorgt dabei über die Leistungselektronik 6 die Primär-Antriebsmaschine 1 mit elektrischer Energie. In der Primär-Antriebsmaschine 1 wird die elektrische Energie in Antriebsleistung umgewandelt und an die Primär-Antriebswelle 1.1 abgegeben. Durch die Abtriebseinheit 3 wird die Antriebsleistung der Primär-Antriebsmaschine 1 zum Antriebselement des Fahrzeugs 4 geleitet. Die Sekundär-Antriebs- maschine 2 ist über eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8, hier vorzugsweise als Kupplung ausgeführt, mit der Abtriebseinheit 3 und dem Antriebselement des Fahrzeugs 4 verbindbar. In der Sekundär-Antriebsmaschine 2 wird chemisch gebundene Energie in mechanische Antriebsleistung umgewandelt und an die Sekundär-Antriebswelle 2.1 abgegeben. Von der Sekundär-Antriebsmaschine 2 und von der Primär-Antriebsmaschine 1 ist jeweils der mechanische Durchtrieb zum Antriebselement des Fahrzeugs 4 möglich. Durch diesen mechanischen Durchtrieb wird ein hoher Wirkungsgrad des kombinierten Antriebssystems gewährleistet.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen kombinierten Antriebssystems dargestellt. Die Energiespeichereinrichtung und die Leistungselektronik sind nicht dargestellt. Dieses erfindungsgemäße kombinierte Antriebssystem weist eine Sekundär-Antriebsmaschine 2 auf, einen Drehschwingungsdämpfer 7, eine Drehmo- ment-Übertragungseinrichtung 8, hier vorzugsweise als Kupplung ausgeführt, eine Primär-Antriebsmaschine 1 , welche mit ihrer Primär-Antriebswelle 1 .1 mit der Abtriebseinheit 3 verbunden ist und ein Antriebselement des Fahrzeugs 4.
Die Sekundär-Antriebsmaschine 2 und die Primär-Antriebsmaschine 1 sind dabei fluch- tend koaxial zueinander ausgerichtet. An der Sekundär-Antriebswelle 2.1 ist ein Drehschwingungsdämpfer 7 angebracht. Der Drehschwingungsdämpfer 7 ist mit der Eingangsseite der Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8.1 verbunden. Die Ausgangsseite der Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8.2 ist mit der Primär-Antriebswelle verbunden. Mit diesem Drehschwingungsdämpfer 7 werden mechanische Drehschwingun- gen gedämpft. Damit werden die mechanischen Bauteile zwischen diesem Drehschwingungsdämpfer 7 und dem Antriebselement des Fahrzeugs 4 weniger stark belastet. Durch die geringere Belastung können die mechanischen Bauteile kleiner und leichter ausgebildet werden. Mit der Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8 kann der Leistungsfluss von der Sekundär-Antriebsmaschine 2 zur Primär-Antriebsmaschine 1 , und umgekehrt, unterbrochen werden. Der Leistungsfluss zur Sekundär-Antriebsmaschine 2 wird insbesondere im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs unterbrochen. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass nicht die Antriebsleistung der Antriebsmaschine zum Überwinden der Fahrtwiderstände aufgewendet wird (Fahrbetrieb), sondern dass die im Kraftfahrzeug gespeicherte potentielle und/oder kinetische Energie zu wenigstens einer der Antriebsmaschinen (1 , 2) geleitet wird, vorzugsweise zur Primär-Antriebsmaschine. In der Primär-Antriebsmaschine 1 kann die potentielle und/oder kinetische Energie des Kraftfahrzeugs in zum Antrieb des Fahrzeugs wiederverwendbare Energie gewandelt und in der Energiespeichereinrichtung (nicht dargestellt) einspeichert werden. Durch die Unterbrechung des Leistungsflusses zur Sekundär-Antriebsmaschine wird vorzugsweise der Anteil der in der Energiespeichereinrichtung rückspeicherbaren Energie vergrößert und damit die Effizienz des Kraft- fahrzeugs mit erfindungsgemäßen kombinierten Antriebssystem gesteigert.
In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebssystems dargestellt. Die Energiespeichereinrichtung und die Leistungselektronik sind nicht dargestellt. Dieses erfindungsgemäße kombinierte Antriebssystem weist eine Sekundär- Antriebsmaschine 2 auf, einen Drehschwingungsdämpfer 7, eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8, hier vorzugsweise als Kupplung ausgeführt, eine Anpass- Getriebeeinrichtung 10a, eine Primär-Antriebsmaschine 1 , eine Abtriebseinheit 3 sowie ein Antriebselement des Fahrzeugs 4. Die Primär-Antriebsmaschine 1 ist bei diesem kombinierten Antriebssystem, abweichend von dem in Figur 5 dargestellten kombinierten Antriebssystem, über die Anpass-Getriebeeinrichtung 10a mit der Sekundär-Antriebsmaschine 2 verbunden.
Die Sekundär-Antriebswelle 2.1 ist über den Drehschwingungsdämpfer 7 mit der Eingansseite der Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8.1 verbunden. Die Ausgangsseite der Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8.2 ist mit der Anpassgetriebeeinrichtung verbunden. Systembedingt sind die Drehzahlen unterschiedlich, bei denen die Primär- Antriebsmaschine 1 bzw. die Sekundär-Antriebsmaschine 2 ihre Antriebsleistung mit einem hohen Wirkungsgrade abgeben. Durch die in Figur 6 dargestellte Konfiguration des kombinierten Antriebssystems ist es möglich, die Drehzahl der Primär-Antriebswelle 1.1 an die Drehzahl der Sekundär-Antriebswelle 2.1 anzupassen. Dabei ist unter Anpassen der Drehzahlen zu verstehen, dass die Primär-Antriebsmaschine 1 und die Sekundär-Antriebsmaschine 2 ihre Antriebsleistung zum Antreiben des Kraftfahrzeugs in weiten Betriebsbereichen nahe ihres optimalen Wirkungsgrades abgeben können. Aus dieser Drehzahlanpassung ergibt sich somit ein leichtes und effizientes, kombiniertes Antriebssystem. ln Figur 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebssystems dargestellt. Die Energiespeichereinrichtung und die Leistungselektronik sind nicht dargestellt. Das in Figur 7 dargestellte kombinierte Antriebssystem entspricht dabei weitgehend dem in Figur 5 dargestellten kombinierten Antriebssystem. Die Sekundär-An- triebswelle 2.1 wird über einen Drehschwingungsdämpfer 7, eine Überholkupplung 9 eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8, hier vorzugsweise als Kupplung ausgeführt, mit einer Eingangsseite 8.1 und einer Ausgangsseite 8.2 mit der Primär- Antriebswelle 1.1 gekoppelt. Durch eine Überholkupplung 9 kann in einfacher Weise der Leistungsfluss von der Primär-Antriebsmaschine 1 und/oder dem Antriebselement des Fahrzeugs 4 zur Sekundär-Antriebsmaschine 2 oder umgekehrt verhindert werden.
Dieses kombinierte Antriebssystem weist eine schaltbare Getriebeeinrichtung 10c mit zwei Übersetzungsstufen, einem Getriebeeinganselement 10.1 und einem Getriebeausgangselement 10.2 auf. Die Primär-Antriebsmaschine 1 ist über die schaltbare Getriebe- einrichtung 10c mit dem Antriebselement des Fahrzeugs 4 verbunden. Durch die schaltbare Getriebeeinrichtung 10c ergibt sich zum einen der Vorteil, die Leistungsentfaltung der Primär-Antriebsmaschine 1 und/oder der Sekundär-Antriebsmaschine 2 an die Lastanforderungen des Kraftfahrzeugs anzupassen. Zum anderen ergibt sich der Vorteil, in einer zweiten Schaltstufe das kombinierte Antriebssystem mit einem besonders hohen Wirkungsgrad zu betreiben.
Durch die Kombination einer Überholkupplung 9 mit einer Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8 zwischen der Sekundär-Antriebsmaschine 2 und der Primär-Antriebsmaschine 1 ergibt sich der Vorteil, dass es im Schubbetrieb möglich ist, die Leis- tung ausschließlich in der Primär-Antriebsmaschine 1 zuwandeln und in der Energiespeichereinrichtung (nicht dargestellt) einzuspeichern.
In Figur 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebssystems dargestellt. Die Energiespeichereinrichtung und die Leistungselektronik sind nicht dargestellt. Dieses erfindungsgemäße kombinierte Antriebssystem weist eine Sekundär- Antriebsmaschine 2, einen Drehschwingungsdämpfer 7, eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8, hier vorzugsweise als Kupplung ausgeführt, eine Anpass- Getriebeeinrichtung 10a, eine Primär-Antriebsmaschine 1 , eine schaltbare Getriebeein- richtung 10c, eine Abtriebseinheit 3 sowie ein Antriebselement des Fahrzeugs 4 auf. Gegenüber Figur 6 weist dieses kombinierte Antriebssystem eine schaltbare Getriebeeinrichtung 10c auf, um vorzugsweise das Antriebsdrehmoment in mehreren Stufen an die Fahrtwiderstände anpassen zu können.
Die Sekundär-Antriebswelle 2.1 ist über den Drehschwingungsdämpfer 7 mit der Eingangsseite der Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8.1 verbunden. Die Ausgangsseite der Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8.2 ist mit der Anpassgetriebeeinrichtung verbunden. Die Anpass-Getriebeeinrichtung 10a ermöglicht eine Anpassung der Dreh- zahlen der Primär-Antriebswelle 1.1 und der Sekundär-Antriebswelle 2.1 aneinander. Systembedingt sind die Drehzahlen unterschiedlich, bei denen die Primär- Antriebsmaschine 1 bzw. die Sekundär-Antriebsmaschine 2 ihre Antriebsleistung mit einem hohen Wirkungsgrade abgeben. Durch die in Figur 8 dargestellte Konfiguration des kombinierten Antriebssystems ist es möglich, das Drehmoment der Antriebsmaschinen (2, 1 ) durch die schaltbare Getriebeeinrichtung besser an die Lastanforderungen aus den Fahrtwiderständen anzupassen. Aus dieser Anpassung ergibt sich somit ein leichtes und effizientes kombiniertes Antriebssystem.
In Figur 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebssystems dargestellt. Die Energiespeichereinrichtung und die Leistungselektronik sind nicht dargestellt. Das in Figur 9 dargestellte kombinierte Antriebssystem entspricht im Wesentlichen dem in Figur 8 dargestellten kombinierten Antriebssystem. Dabei ist die schaltbare Getriebeeinrichtung als eine Planetengetriebeeinrichtung 10b ausgeführt. Diese weist ein Getriebegehäuse 10.3, ein Hohlrad 10b.3, ein Sonnenrad 10b.1 , einen Planetenradträger 10b.2 und Planetenräder 10b.4 auf.
Das Sonnenrad 10b.1 ist über eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8, hier vorzugsweise als Kupplung ausgeführt, mit dem Planetenradträger 10b.2 verbindbar. Durch das Verbinden des Sonnenrads 10b.1 mit dem Planetenradträger 10b.2, dies wird durch die Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8 erreicht, stellt sich ein Drehzahlverhältnis zwischen dem Getriebeeingangselement 10.1 und dem Getriebeausgangselement 10.2 von 1 : 1 ein. Das Hohlrad 10b.3 wird durch eine Überholkupplung 9 in eine Drehrichtung am Getriebegehäuse 10.3 der Planetengetriebeeinrichtung 10b abgestützt. Das Getriebeeingangselement 10.1 ist mit dem Sonnenrad 10b.1 verbunden. Das Getriebeausgangselement 10.2 ist mit dem Planetenradträger 10b.2 verbunden. Das Hohlrad 10b.3 ist über eine weitere Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8a, hier vorzugsweise als Bremseinrichtung ausgeführt, mit dem Getriebegehäuse 10.3 verbindbar.
Durch die in Figur 9 dargestellte Planetengetriebeeinrichtung 10b lässt sich in einfacher Weise eine schaltbare Getriebeeinrichtung darstellen, hier ein Zwei-Gang- Schaltgetriebe. Dabei ist die erste Schaltstufe dafür vorgesehen, beim Anfahren des Kraftfahrzeugs große Fahrwiderstände zu überwinden. In dieser ersten Schaltstufe ist die Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8 zwischen dem Planetenradträger 10b.2 und dem Sonnenrad 10b.1 geöffnet.
Die zweite Schaltstufe weist eine Übersetzung von 1 : 1 auf. Durch dieses Übersetzungsverhältnis wird ein besonders hoher Wirkungsgrad bei der Leistungsübertragung erreicht. Bei der Übersetzung von 1 : 1 der Planetengetriebeeinrichtung 10b ist die Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8 zwischen Planetenradträger 10b.2 und Sonnenrad 10b.1 geschlossen, d.h. der Planetenradträger 10b.2 und das Sonnenrad 10b.1 können sich relativ zueinander nicht verdrehen. Die Sekundär-Antriebswelle 2.1 ist über einen Drehschwingungsdämpfer 7 mit der Eingangsseite 8b.1 einer weiteren Drehmoment- Übertragungseinrichtung 8b, hier vorzugsweise als Kupplung ausgeführt, verbunden. Die Ausgangsseite der Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8b.2 ist mit der Anpass- Getriebeeinrichtung 10a verbunden.
In Figur 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebssys- tems dargestellt. Die Energiespeichereinrichtung und die Leistungselektronik sind nicht dargestellt.
Bei dem in Figur 10 dargestellten kombinierten Antriebssystem ist die Sekundär- Antriebswelle 2.1 mit dem Planetenradträger 10b.2 der Planetengetriebeeinrichtung 10b durch eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8, hier vorzugsweise als Kupplung ausgeführt, und eine Drehschwingungsdämpfer 7 verbindbar. Die Eingangsseite der Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8.1 ist mit dem Drehschwingungsdämpfer 7 verbunden. Die Ausgangsseite der Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8.2 ist mit einem zweiten Getriebeeingangselement 10.4 und somit mit dem Planetenradträger 10b.2 verbunden. Der Planetenradträger 10b.2 wird durch eine Überholkupplung 9 in eine Drehrichtung am Getriebegehäuse 10.3 der Planetengetriebeeinrichtung 10b abgestützt. Der Planetenradträger 10b.2 ist über eine weitere Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8a, hier vorzugsweise als Bremseinrichtung ausgeführt, mit dem Getriebegehäuse 10.3 verbindbar. Der Planetenradträger 10b.2 ist mit der Primär-Antriebswelle 1.1 über eine weitere Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8b, hier vorzugsweise als Kupplung ausgeführt, verbunden. Durch diese Konfiguration des erfindungsgemäßen kombinierten Antriebssystems ist in einem bestimmten Bereich eine kontinuierliche Verstellung des Drehzahlverhältnisses der Planetengetriebeeinrichtung 10b möglich. Die Primär-Antriebswelle 1.1 ist mit einem Getriebeeingangselement 10.1 und somit mit dem Sonnenrad 10b.1 verbunden. Das Antriebselement des Fahrzeugs 4 ist mit einem Getriebeausgangselement 10.2 und so- mit mit dem Hohlrad 10b.3 verbunden.
Durch die Möglichkeit der kontinuierlichen Anpassung des Drehzahlverhältnisses durch Drehzahlüberlagerung kann das kombinierte Antriebssystem flexibel gesteuert werden. In Figur 16 sind die entsprechenden Drehzahlverhältnisse für das kombinierte Antriebssystem in Figur 10 dargestellt. Durch die variable Einstellung des Drehzahlverhältnisses der Planetengetriebeeinrichtung 10b kann die Sekundär-Antriebsmaschine 2 durch eine Lastpunktverschiebung in einen jeweils günstigen Betriebspunkt betrieben werden und damit eine Effizienzsteigerung des kombinierten Antriebssystems erreicht werden. Zudem kann im Stillstand des Fahrzeugs die Energiespeichereinrichtung (nicht dargestellt) über die Primär-Antriebsmaschine mit Energie befüllt werden.
In Figur 1 1 ist ein weiteres kombiniertes Antriebssystem dargestellt. Die Energiespeichereinrichtung und die Leistungselektronik sind nicht dargestellt. Bei diesem kombinierten Antriebssystem ist die Sekundär-Antriebswelle 2 über einen Drehschwingungsdämpfer 7 und eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8, hier vorzugsweise als Kupplung ausgeführt, mit einem zweiten Getriebeeingangselement, hier dem Sonnenrad 10b.1 , der Planetengetriebeeinrichtung 10b verbindbar. Der Leistungsfluss zwischen der Sekundär- Antriebsmaschine 2 und einem zweiten Getriebeeingangselement 10b.1 der Planetengetriebeeinrichtung 10b ist durch die Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8 mit einer Eingangsseite 8.1 und einer Ausgangsseite 8.2 unterbrechbar. Die Primär-Antriebswelle 1.1 ist mit einem Getriebeeingangselement 10.2 und somit mit dem Sonnenrad 10b.1 der Planetengetriebeeinrichtung 10b verbunden. Das Antriebselement des Fahrzeugs 4 ist mit dem Getriebeausgangselement 10.2 und somit mit dem Planetenradträger 10b.2 verbunden. Das Hohlrad 10b.3 der Planetengetriebeeinrichtung 10b stützt sich über eine Überholkupplung 9 bzw. über eine weitere Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8a, hier vorzugsweise als Bremseinrichtung ausgeführt, am Getriebegehäuse 10.3 des Planetengetriebes 10b ab. Die Primär- Antriebswelle 1.1 ist über eine weitere Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8b, hier vorzugsweise als Kupplung ausgeführt, mit dem Planetenradträger 10b.2 verbindbar. Durch die Verbindung des Sonnenrades 10b.1 mit dem Planetenradträger 10b.2 kann die Planetengetriebeeinrichtung 10b mit einem besonders hohen Wirkungsgrad und einem Drehzahlverhältnis von 1 : 1 betrieben und damit eine hohe Effizienz des kombinier- ten Antriebssystems erreicht werden.
In Figur 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebssystems dargestellt. Die Energiespeichereinrichtung und die Leistungselektronik sind nicht dargestellt. Das in Figur 12 dargestellte kombinierte Antriebssystem weist im Wesentli- chen die gleichen Elemente auf, wie das in Figur 1 1 dargestellte kombinierte Antriebssystem. Bei dem in Figur 12 dargestellten kombinierten Antriebssystem sind die Sekun- där-Antriebsmaschine 2 und die Primär-Antriebsmaschine 1 koaxial fluchtend zueinander ausgerichtet. Die Sekundär-Antriebsmaschine 2 und die Primär-Antriebsmaschine 1 sind durch eine Planetengetriebeeinrichtung 10b mit dem Antriebselement des Fahrzeugs 4 verbindbar.
Die Sekundär-Antriebswelle 2.1 ist mit einer Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8, hier vorzugsweise als Kupplung ausgeführt, wobei diese eine Eingangsseite 8.1 und eine Ausgangsseite 8.2 aufweist, mit der Primär-Antriebswelle 1.1 verbindbar. Die Primär-An- triebswelle 1.1 ist durch das Getriebeeingangselement 10.1 mit dem Sonnenrad 10b.1 verbunden. Der Planetenradträger 10b.2 ist mit einer weiteren Drehmoment- Übertragungseinrichtung 8a, hier vorzugsweise als Kupplung ausgeführt, mit dem Sonnenrad 10b.1 verbindbar. Das Hohlrad 10b.3 bildet das Getriebeausgangselement 10.2 und ist über die Abtriebseinrichtung 3 mit dem Antriebselement des Fahrzeugs 4 verbunden. Der Planetenradträger 10b.2 ist über eine Überholkupplung 9 und eine weitere Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8b, hier vorzugsweise als Bremseinrichtung ausgeführt, mit dem Getriebegehäuse 10.3 der Planetengetriebeeinrichtung 10b verbindbar.
Wird die Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8a zwischen dem Sonnenrad 10b.1 und dem Planetenradträger 10b.2 geschlossen, weist die Planetengetriebeeinrichtung 10b ein Drehzahlverhältnis von 1 : 1 auf. Im Gegensatz zu dem in Figur 9 dargestellten kombinierten Antriebssystem weist das in Figur 12 dargestellte kombinierte Antriebssystem keine Anpass-Getriebeeinrichtung 10a auf. Durch den Entfall der Anpass-Getriebeeinrichtung 10a ist anzunehmen, dass der Wirkungsgrad bei der Leistungsübertragung steigt und dass zugleich das Massenträgheitsmoment der Primär-Antriebsmaschine vorteilhaft für die Schwingungsdämpfung der Sekundär-Antriebsmaschine eingesetzt werden kann. Es ist jedoch zu beachten, dass durch die Anbindung der Sekundär-Antriebsmaschine 2 und der Primär-Antriebsmaschine 1 an eine gemeinsame Planetengetriebeeinrichtung 10b die Möglichkeiten zur Drehzahlanpassung zwischen Sekundär-Antriebswelle 2.1 und Primär-Antriebswelle 1.1 schlechter sind und sich daraus Nachteile bezüglich der Effizienz des gesamten kombi- nierten Antriebssystem ergeben können.
In Figur 13 ist als Stand der Technik ein heute üblicher Full-Hybrid-Antrieb systematisch dargestellt. Dieses kombinierte Antriebssystem weist eine Energiespeichereinrichtung 5 auf, zwei Leistungselektronikeinheiten 6, eine Primär-Antriebsmaschine 1 , einen Genera- tor 1 1 , eine Sekundär-Antriebsmaschine 2, eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8, eine Abtriebseinheit 3 sowie ein Antriebselement des Fahrzeugs 4. Bei einem Full- Hybrid-Antriebssystem ergibt sich zum einen der Vorteil, dass zwei vollständige Antriebssysteme kombiniert werden und damit besonders hohe Fahrleistungen realisiert werden können.
Auf der anderen Seite ergibt sich der Nachteil, dass durch diese beiden vollständigen Antriebssysteme das Fahrzeuggewicht und die Kosten erhöht werden. Im Vergleich zum erfindungsgemäßen kombinierten Antriebssystem stellt das Full-Hybrid-Antriebssystem damit eine relativ schwere und somit weniger effiziente Lösungsvariante dar. Zu beachten ist, dass zwar theoretisch die gesamte im Fahrzeug gespeicherte Leistung im
Schubbetrieb zurückgewonnen werden kann (rekuperieren), dass in der Praxis dieser Anteil aber geringer ausfällt, da zum Rekuperieren eine mehrfach Energiewandlung nötig ist. Daraus folgt, dass eine leichtes Kraftfahrzeug, trotz der Möglichkeit zur Rekuperation, effizienter betrieben werden kann, als ein schweres Kraftfahrzeug.
In Figur 14 sind verschiedene Möglichkeiten dargestellt, wie die Sekundär-Antriebsma- schine 2 mit Drehmoment-Übertragungseinrichtungen 8, hier vorzugsweise als Kupplung ausgeführt, beziehungsweise mit Drehschwingungsdämpfern 7 kombiniert werden kann. Wird die Sekundär-Antriebsmaschine 2 als eine Antriebsmaschine mit einem mit Drehschwingungen behafteten Abtriebsdrehmoment ausgeführt, wie dies z.B. bei heute üblichen Hubkolbenmotoren der Fall ist, so ist es sinnvoll, die Sekundär-Antriebsmaschine 2 mit einem Drehschwingungsdämpfer 7 zu kombinieren. Es wird darauf hingewiesen, dass das Massenträgheitsmoment der Primär-Antriebsmaschine vorteilhaft zur Schwingungsdämpfung genutzt werden kann. Vorzugsweise wird die Primär-Antriebsmaschine als eine Masse eines Zwei-Massen-Schwungrades verwendet.
Die Sekundär-Antriebsmaschine 2 ist zur Drehschwingungsdämpfung in Figur 14a, 14b und 14d mit einem Drehschwingungsdämpfer 7 kombiniert. Soll ein möglichst großer Teil der im Kraftfahrzeug gespeicherten potentiellen und/oder kinetischen Energie zurückgewonnen und in der Energiespeichereinrichtung (nicht dargestellt) eingespeichert werden, so ist es sinnvoll, den Leistungsfluss zur Sekundär-Antriebsmaschine 2 durch eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8 unterbrechen zu können. Dieses Unterbrechen der Leistungsübertragung zur Sekundär-Antriebsmaschine 2 kann durch eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8 erreicht werden.
Die Sekundär-Antriebsmaschine 2 ist in Figur 14a, 14b und 14c mit einer Drehmoment- Übertragungseinrichtung 8 kombiniert. Durch die Kombination der Sekundär-Antriebs- maschine 2 mit einer Überholkupplung 9 und einer weiteren Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8 lassen sich zusätzliche Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung beziehungsweise zur Komfortsteigerung des kombinierten Antriebssystems erreichen. Die in Figur 14a - 14d dargestellten Kombinationsmöglichkeiten der Sekundär-Antriebsmaschine 2 mit weiteren Einrichtungen (7, 8, 9), ist prinzipiell mit jedem erfindungsgemäßen kombinierten Antriebssystem kombinierbar. In Abhängigkeit des restlichen kombinierten Antriebssystems ergeben sich jedoch zu bevorzugende Ausführungen der Se- kundär-Antriebsmaschine 2 mit den weiteren Einrichtungen (7, 8, 9). Eine gewisse Auswahl dieser zu bevorzugenden Kombinationsmöglichkeiten ist in den Figuren 5 - 12 dargestellt.
In Figur 15 ist der Zusammenhang der Drehzahl der Primär- und der Sekundär-Antriebs- maschine von der Fahrzuggeschwindigkeit für ein erfindungsgemäßes kombiniertes Antriebssystem dargestellt. Dabei liegt der Darstellung in Figur 15 die Annahme zugrunde, dass das kombinierte Antriebssystem keine schaltbare Getriebeeinrichtung aufweist. Jedoch gelten die grundsätzlichen Überlegungen aus Figur 15 auch für kombinierte Antriebssysteme mit einer schaltbaren Getriebeeinrichtung. Vorzugsweise wird die Primär- Antriebsmaschine so ausgewählt, dass ihre Maximaldrehzahl npri max höher ist, als die Maximaldrehzahl der Sekundär-Antriebsmaschine nsek_max-
Für die Drehzahl beider Antriebsmaschinen gilt nach Figur 15, dass diese proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit sind. In Figur 15 wird davon ausgegangen, dass die Se- kundär-Antriebsmaschine eine Antriebsmaschine ist, welche nicht ab Drehzahl
nsek_var = 0 ein Drehmoment abgegeben kann. Dies trifft zum Beispiel auf heute übliche Hubkolbenmotoren zu. Dieser Bereich ist mit n0 gekennzeichnet. Durch den proportionalen Zusammenhang der beiden Drehzahlen npri_var und nsek_var jeweils mit der Fahrzeuggeschwindigkeit, lässt sich die Drehzahl der Sekundär-Antriebsmaschine nsek_var durch eine Getriebeeinrichtung mit nur einer diskreten Übersetzungsstufe auf die Drehzahl der Primärantriebsmaschihe nprj_var anpassen, oder umgekehrt.
Kombinierte Antriebssysteme, in welchen eine solche Drehzahlanpassungen durch eine Anpass-Getriebeeinrichtung durchgeführt werden, sind beispielsweise in Figur 6 und Figur 8 dargestellt. Durch die Eigenschaft der Sekundär-Antriebsmaschine im Bereich n0 ist eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung zum Trennen der Leistungsübertragung der Sekundär-Antriebsmaschine auf das kombinierte Antriebssystem notwendig. Kombi- nierte Antriebssystem mit einer Drehmoment-Übertragungseinrichtung zum Trennen der Leistungsübertragung sind beispielsweise in Figur 5 bis 12 dargestellt.
In Figur 16 ist der Zusammenhang zwischen der Drehzahldifferenz zwischen der Primär- npri max und der Sekundär-Antriebsmaschine nsek_max mit dem Gewicht, dem Bauraum und den Kosten, welchen eine zum Anpassen dieser Drehzahlen aneinander notwendige An- pass-Getriebeeinrichtung verursacht, dargestellt. Dieser Bereich ist mit IG gekennzeichnet. Dabei ist in Figur 16 erkennbar, dass eine niedrige Drehzahl der Primär- npri_max und der Sekundär-Antriebsmaschine nsek_max tendenziell zu hohem Gewicht, Bauraumbedarf und Kosten der Getriebeeinrichtung führt, da bei einer Getriebeeinrichtung, welche eine gleichbleibende Leistung (PC) überträgt, mit sinkender Drehzahl das Drehmoment ansteigt.
Im Allgemeinen werden die leistungsübertragenden Bauteile in Getriebeeinrichtung be- züglich des zu übertragenden Drehmoments dimensioniert. Daher führen hohe Drehzahlen tendenziell zu leichteren Bauteilen. Wie dargelegt, kann ein leichtes Kraftfahrzeug mit kombinierten Antriebssystem effizienter betrieben werden als ein schweres. Es ist jedoch zu beachten, dass mit steigenden Drehzahlen die systembedingten Verlustleistungen steigen. Diese verschlechtern den Wirkungsgrad eines kombinierten Antriebssystems wiederum.
In Figur 17 ist der Zusammenhang zwischen dem Wirkungsgrad nges des kombinierten Antriebsystems und der Dringlichkeit Q zur aktiven Erzeugung von elektrischer Energie dargestellt. Unter der aktiven Erzeugung von elektrischer Energie ist dabei zu verstehen, dass die Sekundär-Antriebsmaschine sowohl Leistung zum Überwinden der Fahrtwiderstände abgibt, als auch die Primär-Antriebsmaschine zum Erzeugen elektrischer Energie antreibt. Bei der aktiven Erzeugung von elektrischer Energie wird die in der Primär-Antriebsmaschine erzeugte Energie in der Energiespeichereinrichtung gespeichert. Die Dringlichkeit Q ist dabei von verschiedenen Parametern abhängig. Solche Parameter sind vorzugsweise der aktuelle Ladestand der Energiespeichereinrichtung, Fahrstreckeninformationen und Umgebungsparameter sowie Eingabemöglichkeiten von Fahrzeuginsassen. Vorzugsweise steigt die Dinglichkeit Q, wenn der Energieinhalt der Energiespei- chereinrichtung gering ist und umgekehrt. Bei einer niedrigen Dringlichkeit Q - die Energieinhalt der Energiespeichereinrichtung ist hoch - wird vorzugsweise elektrische Energie nur dann aktiv erzeugt, wenn diese Erzeugung bei einem hohen Wirkungsgrad nges des kombinierten Antriebssystems erfolgen kann. Ist die Dringlichkeit Q hoch, wird das kombinierte Antriebssystem so gesteuert, dass die Energie aktiv erzeugt wird, obwohl dies bei einem schlechten Wirkungsgrad x]ges geschieht.
Diese grundsätzlichen Zusammenhänge werden durch die η-Schwelle erfasst. In der η- Schwelle sind die zuvor genannten Bedingungen zu einer Ladestrategie mit der Möglich- keit zur aktiven Energieerzeugung verknüpft. Die η-Schwelle wird vorzugsweise durch einen unteren Wert η2 und/oder einen oberen Wert ι begrenzt. Durch den oberen ri Wert und den unteren r|2-Wert wird verhindert, dass ständig zwischen einem Betriebszustand mit aktiver Energieerzeugung und einem Betriebszustand ohne eine aktive Energieerzeugung hin- und hergewechselt wird.
In Figur 18 sind qualitativ Drehzahlverhältnisse einer Planetengetriebeeinrichtung dargelegt, so wie sie beispielhaft in Figur 10 dargestellt sind. Die mit a gekennzeichnete Linie in Figur 18 repräsentiert die Drehzahl für das Hohlrad. Die mit b gekennzeichnet Linie repräsentiert die Drehzahl des Planetenradträgers. Das Hohlrad ist mit dem Antriebs- element des Fahrzeugs verbunden. Der Planetenradträger ist wahlweise mit der Sekun- där-Antriebsmaschine verbindbar und/oder mit der Abtriebswelle der Primär-Antriebsma- schine.
Durch die Überlagerung der Drehzahl der Sekundär-Antriebsmaschine mit der Drehzahl der Primär-Antriebsmaschine kann die Planetengetriebeeinrichtung in dem mit c gekennzeichneten Drehzahlbereich mit kontinuierlich verstellbarem Drehzahlverhältnis betrieben werden. Wahlweise kann die Planetengetriebeeinrichtung auch mit einem diskreten Drehzahlverhältnis von 1 : 1 betrieben werden. Der Drehzahlbereich c wird nach o- ben durch die maximal möglichen Drehzahlen der Antriebsmaschinen nsek_max und npri_max begrenzt und nach unten durch die variabel einstellbare Drehzahl der Sekundär- Antriebsmaschine nsek_var und die niedrigste mit der Sekundär-Antriebsmaschine darstellbare Drehzahl nsek_min- Die Drehzahl nsek_min ist zum Beispiel die Leerlaufdrehzahl eines Hubkolbenmotors. Dabei wird die Drehzahl nsek_var der Sekundär-Antriebsmaschine vorzugsweise so eingestellt, dass sich ein hoher Wirkungsgrad für das kombinierte Antriebssystem einstellt. Durch diese Überlagerung der Drehzahlen der Primär-Antriebsma- schine und der Sekundär-Antriebsmaschine ist es möglich, insbesondere die Sekundär- Antriebsmaschine in einem günstigen Wirkungsgradbereich zu betreiben.
Mit einer Drehmoment-Übertragungseinrichtung lässt sich das Sonnenrad der Planetengetriebeeinrichtung mit dem Planetenradträger verbinden. Dadurch wird ein Drehzahlverhältnis von 1 : 1 für die Planetengetriebeeinrichtung erreicht. In Figur 18 sind beispielhaft die Umschaltpunkte d| und du für die Planetengetriebeeinrichtung vom variablen Dreh- zahlverhältnis auf die 1 : 1 Übersetzung dargestellt. Dabei werden der Hochschaltpunkt d ii und der Zurückschaltpunkt d| unterschiedlich gewählt, um häufige Schaltvorgänge zu vermeiden und einen energieeffizienten Betrieb zu ermöglichen.
Die Umschaltpunkte d| und du sind so zu wählen, dass mit dem ersten Übersetzungs- bereich insbesondere große Fahrtwiderstände, wie das Anfahren an einer Steigungsstrecke oder das Überfahren eines Bordsteins, überwunden werden. Die Umschaltung in den Bereich der Übersetzung 1 : 1 wird insbesondere dann durchgeführt, wenn konstante Fahrtwiderstände überwunden werden, wie zum Beispiel bei einer Überlandfahrt mit konstanter Geschwindigkeit. Die Überlagerung der beiden Drehzahlen der Antriebsma- schinen und die Möglichkeit zur 1 : 1 Übersetzung der Planetengetriebeeinrichtung ermöglicht somit einen energieeffizienten Betrieb des kombinierten Antriebssystems.
In Figur 19 sind die Leistungsanforderung P und die Geschwindigkeit V eines Kraftfahrzeugs mit einem Fahrzeuggewicht von ca. 1000 kg für einen vorbestimmten Fahrzyklus (Extra-Urban-Driving-Cycle, EUDC) über der Zeit aufgetragen. Dieser Fahrzyklus umfas- st dabei insbesondere den außerstädtischen Fahrbetrieb mit Beschleunigungs-, Konstantfahrt- und Entschleunigungsphasen. Zusätzlich ist in Figur 19 die Sekundär-Lei- stung PS, welche von der Sekundär-Antriebsmaschine in diesem Fahrzyklus erzeugt wird, dargestellt.
In Figur 19 ist erkennbar, dass die Sekundär-Leistung PS während der Beschleunigungs- und Konstantfahrtphasen unterhalb des Leistungs-Anforderung P des Kraftfahrzeugs liegt. Ein Kraftfahrzeug mit einem kombinierten Antriebssystem, welches eine Se- kundär-Antriebsmaschine mit der in Figur 19 dargestellten nominellen Sekundär-Leistung aufweist, kann während des dargestellten Fahrzyklusses keine elektrische Energie aktiv erzeugen. Unter der nominellen Sekundär-Leistung ist dabei die Leistung zu verstehen, welche eine Sekundär-Antriebsmaschine dauerhaft abgeben kann. Dadurch, dass sich durch die geringe nominelle Sekundär-Leistung während des normalen Fahrbetriebs keine Ladepotentiale ergeben, ist die erreichbare Fahrstrecke stark von der Größe der Energiespeichereinrichtung abhängig. Unter dem Ladepotential ist dabei zu verstehen, dass mit der Sekundär-Antriebsmaschine, nicht nur die für die Fahrt des Kraftfahrzeugs notwendige Leistung abgegeben wird, sondern dass gleichzeitig elektri- sehe Energie aktiv erzeugt werden kann. Durch die aktive Energieerzeugung kann also der Energiespeicher während der Fahrt wieder befüllt und damit die Reichweite des Fahrzeugs verlängert werden.
In Figur 20 ist der gleiche Fahrzyklus wie in Figur 19 dargestellt. In Figur 20 durchläuft ein Kraftfahrzeug mit 1000 kg Fahrzeuggewicht und mit einem kombinierten Antriebssystem diesen Fahrzyklus, wobei die Sekundär-Antriebsmaschine gegenüber dem in Figur 19 dargestellten Kraftfahrzeug eine höhere nominelle Sekundär-Leistung aufweist. Durch die größere nominelle Sekundär-Leistung ergeben sich während des Fahrzyklusses in Figur 20 Ladepotentiale R. Diese Ladepotentiale R ergeben sich vorzugsweise während der Konstantfahrtphasen, insbesondere wenn die Geschwindigkeit V nicht hoch ist. Hier ist vorzugsweise die Sekundär-Leistung PS größer als die Leistungsanforderung P. Mit einem kombinierten Antriebssystem, welches nach der Lehre der Figur 20 konfiguriert ist, kann während der Fahrt aktiv elektrische Energie erzeugt werden. In Figur 21 sind die Energiebedarfsanforderungen EN und die Energiegewinnungspotentiale (ES, MED, EED, EM) über der Leistung der Sekundär-Antriebsmaschine für den EUDC aufgetragen. Dabei ist erkennbar, dass mit zunehmender Sekundär-Leistung die Möglichkeit, elektrische Energie (EED) während der Fahrt aktiv zu erzeugen, zunimmt. Wenn die gesamte elektrische Energie, welche für die Fahranforderung benötigt wird (EN), gleich groß ist, wie die bereits zu Fahrtbeginn in der Energiespeichereinrichtung gespeicherte Energie (ES), muss von der Sekundär-Antriebsmaschine keine elektrische Leistung zur aktiven Energieerzeugung abgegeben werden. Dies wäre zum Beispiel der Fall bei reinen Elektrofahrzeugen. Es ist einzusehen, dass für ein solches Kraftfahrzeug die Reichweite durch die Größe des elektrischen Energiespeichers limitiert ist.
Ist im Wesentlichen keine elektrische Energie (ES) zu Beginn der Fahrt in der elektri- sehen Energiespeichereinrichtung gespeichert, und besteht keine Möglichkeit elektrische Energie zu erzeugen, so muss der gesamte Energiebedarf (EN) von der Sekundär- Antriebsmaschine gedeckt werden. Dies wäre der Fall für ein rein verbrennungsmotorisch betriebenes Fahrzeug. Die Sekundär-Antriebsmaschine gibt die Energie (MED) direkt zum Antrieb des Kraftfahrzeugs ab. Zwar ist für ein ausschließlich verbrennungs- motorisch betriebenes Kraftfahrzeug die Reichweite nur vom Tankinhalt abhängig. Jedoch ist ein emissionsfreier Betrieb, wie er zunehmend in den Fokus rückt, nicht möglich.
Das erfindungsgemäße kombinierte Antriebssystem weist deshalb zum einen eine elektrische Energiespeichereinrichtung auf, welche bereits zu Fahrtbeginn des Fahrzeugs mit elektrischer Energie (ES) befüllt sein kann. Zudem weist ein solches kombiniertes Antriebssystem eine Sekundär-Antriebsmaschine auf, welche zum Antrieb des Fahrzeugs direkt Energie bereitstellt (MED) und während der Fahrt Leistung zur aktiven elektrischen Energieerzeugung abgeben kann. Maximal kann mit einem solchen System die elektrisch Energie (EM) erzeugt werden. Durch die richtige Wahl der Sekundär-Antriebsma- schine und der elektrischen Energiespeichereinrichtung wird die Effizienz eines erfindungsgemäßen kombinierten Antriebssystems entscheidend beeinflusst.
In Figur 22 ist die Antriebsleistung, welche von unterschiedlichen kombinierten Antriebssystem für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt werden kann, über der Geschwindigkeit, welche ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebssystem erreicht, dargestellt. Hierbei sind zwei grundsätzlich unterschiedliche Betriebszustände von kombinierten Antriebssysteme gegenübergestellt.
Zum einen ist dies ein Betriebszustand eines kombinierten Antriebssystem, bei welchem alle Antriebselemente des Fahrzeugs ausschließlich von der Primär-Antriebsmaschine mit Antriebsleistung versorgt werden, wobei diese Antriebsleistung in der Sekundär-Antriebsmaschine erzeugt wird und in einem Generator in elektrische Energie umgewandelt wird. Diese elektrische Energie wird entweder zur Primär-Antriebsmaschine geleitet und/oder in einer elektrischen Energiespeichereinrichtung gespeichert. Dieser Betriebs¬ zustand eines kombinierten Antriebssystems wird als serieller Hybridantriebsmodus bezeichnet. Ein serieller Hybridantriebsmodus bietet den Vorteil, dass die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in weiten Bereichen unabhängig von der Drehzahl der Sekundär-An- triebsmaschine ist. Somit kann die Sekundärantriebsmaschine in einem wirkungsgradgünstigen Bereich betrieben werden. Für niedrige Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs ergeben sich zusätzliche Anforderungen an die Geräuschemission und die Schwingungsdämpfung des kombinierten Antriebssystems, so dass für diesen Geschwindigkeitsbereich nicht die volle Leistung der Sekundär-Antriebsmaschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet werden kann. Die theoretisch mit einem solchen Antriebssystem nutzbare Leistung zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs ist in Figur 22 mit a gekennzeichnet.
Die beschriebene mehrfache Energiewandlung von der Sekundär-Antriebsmaschine bis zum Antriebselement des Fahrzeugs ist mit einem Wirkungsgrad η behaftet. Dieser Wirkungsgrad η führt dazu, dass weniger als die theoretisch mögliche Leistung a zum Antrieb des Fahrzeugs zu Verfügung steht, so dass sich der mit b gekennzeichnete tatsächliche Verlauf der Leistung zum Antrieb des Kraftfahrzeugs ergibt. Zum anderen ist die Leistung zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, welche vorzugsweise mit einem erfindungsgemäßen kombinierten Antriebssystem bereitgestellt werden kann in Figur 22 dargestellt und mit c gekennzeichnet. Bei einem erfindungsgemäßen kombinierten Antriebssystem besteht die Möglichkeit, die in der Sekundär-Antriebmaschine erzeugt Leistung direkt, d.h. ohne weiter Umwandlung der Energieform, an das Antriebs- element des Fahrzeugs zu leiten. Dieser besonders vorteilhafte Modus wird als mechanischer Durchtrieb bezeichnet.
Dabei zeigt der mit c gekennzeichnete Verlauf die Leistung zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen kombinierten Antriebssystem mit nur einer festen Übersetzungsstufe der Getriebenrichtung, welches in diesem Durchtriebsmodus betrieben wird. Daraus folgt, dass die Drehzahl der Sekundär-Antriebsmaschine in weiten Bereichen stark von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abhängt, in erster Näherung proportional zu dieser ist. Vergleicht man die Leistungen der beiden kombinierten Antriebssystem (Verlauf e und b) so ist erkennbar, dass im Bereich niedriger Geschwindigkeiten mehr Leistung durch ein kombiniertes Antriebssystem im seriellen Hybridantriebsmodus als durch ein erfindungs- gemäßes Antriebssystem im Durchtriebsmodus zum Antrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt werden kann. Bereiche, auf weiche dies Leistungsbeziehung zutrifft, sind mit d gekennzeichnet. Im Bereich mittlerer und hoher Geschwindigkeiten besitzt das erfindungsgemäße kombinierte Antriebssystem im Durchtriebsmodus Wirkungsgradvorteile gegenüber dem kombinierten Antriebssystem im seriellen Hybridantriebsmodus. Die Leistung, welche durch das erfindungsgemäße Antriebssystem zum Antrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt werden kann, ist in den mit e gekennzeichneten Bereichen größer, als beim kombinierten Antriebssystem im seriellen Hybridantriebsmodus.
In Figur 23 sind die weitgehend gleichen kombinierten Antriebssysteme gegenüberge- stellt, wie in Figur 22. Der Unterschied zwischen Figur 22 und Figur 23 besteht darin, dass das erfindungsgemäße kombinierte Antriebssystem in Figur 23 eine schaltbare Getriebeeinrichtung mit zwei Schaltstufen i| und iM aufweist.
Durch zwei Schaltstufen der schaltbaren Getriebeeinrichtung ergibt sich die Möglichkeit, die Abtriebsdrehzahl der Sekundär-Antriebsmaschine in zwei Stufen an die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs anzupassen. Diese beiden Bereiche sind durch und iM gekennzeichnet. Durch die schaltbare Getriebeeinrichtung ergeben sich die Leistungsverläufe C| und C||. Diese repräsentieren die von der Sekundär-Antriebsmaschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs abgebbare Leistung.
Durch die schaltbare Getriebeeinrichtung werden die zu bevorzugenden Bereiche e vergrößert und die Bereiche d verkleinert. Tendenziell führen mehr Getriebestufen einer schaltbaren Getriebeeinrichtung zu einem schlechteren Wirkungsgrad und zu einem höheren Gewicht des kombinierten Antriebssystems, so dass, wie auch in Figur 3 darge- stellt, die Anzahl der Übersetzungsstufen der Getriebeeinrichtung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems zwischen eins und vier liegt. ln Figur 24 ist ein Vergleich der Wirkungsgrade r|mech_Durchtrieb und ηβΐβΜ,,εβπβΐι der beiden in Figur 23 beschriebenen kombinierten Antriebssysteme jeweils über der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs aufgetragen dargestellt. Dabei ist der Wirkungsgrad eines kombinierten Antriebssystems, welches sich in einem seriellen Hybridantriebsmodus befindet, mit neiekt._serieii gekennzeichnet. Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen kombinierten An¬ triebssystems mit einer schaltbaren Getriebeeinrichtung mit zwei Übersetzungsstufen ist mit r|mech_Durchtrieb bezeichnet. Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen kombinierten Antriebssystems r|mech_Durchtrieb ist durchweg höher, als der Wirkungsgrad
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eines kombinierten Antriebssystems, welches sich im seriellen Hybridantriebsmodus befindet. Das erfindungsgemäße kombinierte Antriebssystem stellt damit eine effiziente Möglichkeit dar, ein Kraftfahrzeug anzutreiben.
In Figur 25 ist der Verlauf der elektrische Reichweite a eines Kraftfahrzeugs mit kombinierten Antriebssystem aufgetragen über der nominellen Batteriegröße dargestellt. Die tatsächlich zum Antrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stehende Energiemenge der elektrischen Energiespeichereinrichtung ist geringer, als diese nominelle Batteriegröße, da eine elektrische Energiespeichereinrichtung nach heutigem Stand der Technik nicht vollständig entladen werden soll. Grundsätzlich gilt der Zusammenhang, dass eine elektrische Energiespeichereinrichtung mit größerer nomineller Batteriekapazität zu einer größeren erreichbaren elektrischen Reichweite des Kraftfahrzeugs führt. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass eine größere nominelle Batteriekapazität zur Zunahme des Fahrzeugsgewichts führt. Bezüglich des Fahrzeuggewichts gilt der grundsätzliche Zusammenhang, dass bei größerem Fahrzeuggewicht die erreichbare Reichweite des Kraftfahrzeugs geringer ist, bei ansonsten gleichbleibenden Randbedingungen. Figur 25 zeigt dementsprechend, dass die elektrischen Reichweite a eines Kraftfahrzeugs zunächst mit der nominellen Batteriekapazität progressiv wächst. Bei ständig weiter steigender nomineller Größe der Batte- riekapazität, verläuft die elektrische Reichweite aber ab einem bestimmten Punkt degressiv. Vorzugsweise wird die nominelle Batteriegröße der elektrischen Energiespeichereinrichtung so gewählt, dass sie im Wesentlichen in den Bereich der maximalen Steigung b der dargestellten Funktion a, also im Bereich c, liegt. Für ein Kraftfahrzeug mit einem Gesamtgewicht von ca. 1000 kg ergibt sich mit heute üblichen elektrischen Energiespei- chereinrichtungen eine nominelle Batteriegröße für ein erfindungsgemäßes kombiniertes Antriebssystem in einem Bereich von 5 bis 15 kWh.
In Figur 26 ist ein kombiniertes Antriebssystem dargestellt, wie dieses im Wesentlichen auch in der Figur 11 gezeigt ist. Die Energiespeichereinrichtung und die Leistungselekt- ronik sind nicht dargestellt.
Bei diesem kombinierten Antriebssystem ist die Sekundär-Antriebswelle 2.1 über einen Drehschwingungsdämpfer 7, hier vorzugsweise als Schwungrad ausgeführt, und eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8, hier vorzugsweise als Kupplung ausgeführt, mit einem Getriebeeingangselement 10.1 und somit mit dem Sonnenrad 10b.1 verbindbar. Der Leistungsfluss zwischen der Sekundär-Antriebsmaschine 2 und diesem Getriebeeingangselement 10.1 der Planetengetriebeeinrichtung 10b ist somit durch die Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8 mit einer Eingangsseite 8.1 und einer Ausgangsseite 8.2 beeinflussbar.
Die Primär-Antriebswelle 1.1 ist mit einem Getriebeeingangselement 10.1 und somit mit dem Sonnenrad 10b.1 der Planetengetriebeeinrichtung 10b verbunden. Die Primär- Antriebsmaschine 1 und die Sekundär-Antriebsmaschine 2 sind demnach koaxial fluchtend zueinander angeordnet. Das Antriebselement des Fahrzeugs 4 ist mit dem Getrie- beausgangselement 10.2 und somit mit dem Planetenradträger 10b.2 mittels einer Abtriebseinheit 3, vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine Differentialgetriebeeinrichtung, verbunden.
Das Hohlrad 10b.3 kann mittels einer weiteren Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8a, hier vorzugsweise als Bremseinrichtung ausgeführt, gegenüber dem Getriebegehäuse 10.3 still gesetzt werden. In diesem stillgesetzten Zustand führt das Hohlrad 10b.3 keine Drehbewegung gegenüber dem Getriebegehäuse 10.3 aus. Die Planetengetriebeeinrichtung 10b weist bei still gesetztem Hohlrad 10b.3 und geöffneter weiterer Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8b, hier vorzugsweise als Kupplung ausgeführt, welche zwischen dem Planetenradträger 10b.2 und Hohlrad 10b.3 angeordnet ist, ein erstes Übersetzungsverhältnis auf.
Der Planetenradträger 10b.2 und das Hohlrad 10b.3 können über eine zwischen diesen angeordnete Drehmoment-Übertragungseinrichtung 8b drehfest miteinander verbunden werden, alternativ ist es auch möglich, wie in Figur 11 gezeigt, dass der Planetenradträ- ger 10b.2 und das Sonnenrad 10b.1 in gleicher Weise mittels einer Drehmoment- Übertragungseinrichtung miteinander verbindbar sind. Werden der Planetenradträger 10b.2 und das Hohlrad 10b.3 miteinander verbunden und das Hohlrad 10b.3 ist nicht weiter still gesetzt, so weist die Planetengetriebeeinrichtung ein zweites Übersetzungsverhältnis von 1 :1 auf.
Bezugszeichen:
1 Primär-Antriebsmaschine
1.1 Primär-Antriebswelle
2 Sekundär-Antriebsmaschine
2.1 Sekundär-Antriebswelle
3 Abtriebseinheit
4 Antriebselement des Fahrzeugs
5 Energiespeichereinrichtung
6 Leistungselektronik
7 Drehschwingungsdämpfer
8 Drehmoment-Übertragungseinrichtung
8.1 Eingangsseite (der Drehmoment-Übertragungseinrichtung)
8.2 Ausgangsseite (der Drehmoment-Übertragungseinrichtung)
9 Überholkupplung
10 Getriebeeinrichtung
10.1 Getriebeeingangselement 10.2 Getriebeausgangselement
10.3 Getriebegehäuse
10.4 zweites Getriebeeingangselement
10a Anpass-Getriebeeinrichtung
10b Planeten-Getriebeeinrichtung
10b.1 Sonne
10b.2 Planetenradträger
10b.3 Hohlrad
10b.4 Planetenräder
10c schaltbare Getriebeeinrichtung
11 Generator
Abkürzungen:
P Leistungsanforderung im EUDC (power)
V Geschwindigkeit im EUDC (velocity)
PS Leistung der Sekundärantriebsmaschine (power Sekundär)
R Ladepotentiale im EUDC (recharge)
ES Zu Fahrtantritt gespeicherte Energie (energie stored)
EN Für den EUDC benötigte Energiemenge bei 1000 Kg Fahrzeuggewicht (energie need)
EM Maximal erzeugbare Energie (energie maximum )
MED Direkte mechanisch aufgewendete Energie während der Fahrt (mechanical energie drive)
EED Elektrisch erzeugte Energie während der Fahrt (electrical energie drive)
PPA Leistung der Primär-Antriebsmaschine
PSA Leistung der Sekundär-Antriebsmaschine

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem mit: wenigstens einer Primär-Antriebsmaschine (1 ), die wenigstens eine Pri- mär-Antriebswelle (1.1 ) zur Aufnahme oder Abgabe einer Leistung aufweist, wenigstens einer Sekundär-Antriebsmaschine (2), die wenigstens eine Sekundär-Antriebswelle (2.1 ) zur Abgabe einer Leistung aufweist, eine Sekundär-Drehmoment-Übertragungseinrichtung (8) welche wenigstens eine Eingangsseite (8.1) aufweist, die mit dieser Sekundär- Antriebswelle (2.1 ) verbunden ist und wenigstens eine Ausgangsseite (8.2), wobei durch diese Sekundär-Drehmoment-Übertragungseinrichtung (8) die Beeinflussung eines von der Eingangsseite (8.1 ) eingeleiteten und von der Ausgangsseite (8.2) ausgeleiteten Drehmoments ermöglicht ist, wenigstens eine Energiespeichereinrichtung (5) wenigstens eine Abtriebseinrichtung (3) welche die von der Primär-Antriebsmaschine (1 ) und/oder die von der Sekundär-Antriebsmaschine (2) abgegebene Leistung dem Fahrzeug als Antriebsleistung zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens eine Primär-Antriebsmaschine (1 ) wenigstens in einem ersten Betriebszustand betreibbar ist, in welchem von der Primär-An- triebswelle (1 .1 ) Leistung zum Antrieb des Fahrzeugs abgegeben wird, sowie wenigstens in einem zweiten Betriebszustand, in welchem über die Primär-Antriebswelle (1.1 ) von der Sekundär-Antriebswelle (2.1 ) aufgenommene Leistung, wenigstens teilweise als Energie in der Energiespeichereinrichtung (5) speicherbar ist.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
das Verhältnis zwischen der Nennleistung der Primär-Antriebsmaschine (1 ) (PPA) und der Nennleistung der Sekundär-Antriebsmaschine (2) (PSA) im Bereich 0,5 < PPA/PSA < 10, bevorzugt im Bereich 0,8 < PPA/PSA < 5 und besonders bevorzugt im Bereich 1 < PPA/PSA < 3 liegt.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen nur eine einzige Primär-Antriebsmaschine (1) vorgesehen ist um Energie in der Energiespeichereinrichtung (5) zu speichern.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primär-Antriebsmaschine (1 ) und die Ausgangsseite der Sekundär- Drehmoment-Übertragungseinrichtung (8.2) jeweils mit wenigstens einem Getriebeeingangselement (10.1 ) wenigstens einer Getriebeeinrichtung (10) verbunden sind, wobei diese Getriebeeinrichtung (10) weiterhin wenigstens ein Getriebeausgangselement (10.2) aufweist.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primär-Antriebsmaschine (1 ) und die Ausgangsseite der Sekundär- Drehmoment-Übertragungseinrichtung (8.2) jeweils mit wenigstens einem Getriebeeingangselement (10.1 ) wenigstens einer Getriebeeinrichtung (10) mit veränderbarer Übersetzung verbunden sind, wobei diese Getriebeeinrichtung (10) mit veränderbarer Übersetzung so gestaltet ist, dass wenigstens zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen wenigstens einem Getriebeeingangselement (10.1 ) und wenigstens einem Getriebeausgangselement (10.2) einstellbar sind.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass
die zwischen dieser Sekundär-Antriebswelle (1.1 ) und dieser Getriebeeinrichtung (10) angeordnete Sekundär-Drehmoment-Übertragungsein- richtung (8) als Kupplung, bevorzugt als schaltbare oder automatisch schaltende Kupplung ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primär-Antriebsmaschine (1) ein Energiewandler ist, in welchem elektrische Energie in kinetische beziehungsweise mechanische Energie oder kinetische beziehungsweise mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundär-Antriebsmaschine (2) eine Verbrennungskraftmaschine ist, in welcher chemisch gebundene Energie durch innere oder äußere Verbrennung in kinetische beziehungsweise mechanische Energie umgewandelt wird.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine ein Hubkolbenmotor ist,
insbesondere mit einer Zylinderanzahl kleiner oder gleich vier, Vorzugs- weise mit einer Zylinderanzahl kleiner oder gleich drei oder besonders bevorzugt mit einer Zylinderanzahl von zwei oder eins.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Sekundär-Antriebsmaschine (2) ein Kreiskolbenmotor ist, insbesondere ein Kreiskolbenmotor mit einem Kreiskolben.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbrennungskraftmaschine eine Starteinrichtung aufweist, die vorzugsweise einen von der Primär-Antriebsmaschine getrennten und unabhängig betreibbaren elektrischen Anlasser aufweist, und welche dazu vorgesehen ist, die Verbrennungskraftmaschine zum Anlassen zu beschleunigen.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Energiespeichereinrichtung (5) eine Speicherkapazität aufweist, welche in der Ebene eine Fahrzeugreichweite unter Einsatz der Primär-Antriebsmaschine (1) und ohne Einsatz der Sekundär-Antriebsmaschine (2), von ca. 10 bis 400 km, vorzugsweise von ca.
20 bis 200 km und besonders bevorzugt von ca. 40 bis 100 km und ganz besonders bevorzugt von ca. 100 km ermöglicht.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Energiespeichereinrichtung (5) elektrische Energie als Speicherbatterie oder Akkumulator in chemisch gebundener Form speichert und vorzugsweise eine Speicherkapazität von 2 bis 40 kWh, vorzugsweise von 3 bis 30 kWh und besonders bevorzugt von 4 bis 20 kWh aufweist. Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinrichtung (5) mit einer Energie-Zuführeinrichtung verbindbar ist, durch welche der Energiespeichereinrichtung (5) Energie von außerhalb des Kraftfahrzeugs zugeführt werden kann.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass
die Getriebeeinrichtung (10) mehrere feste Übersetzungsstufen aufweist, nämlich vorzugsweise vier, besonders bevorzugt drei und ganz besonders bevorzugt zwei.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach Anspruch 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass
die Getriebeeinrichtung (10) ein Umlaufgetriebe ist, insbesondere ein Pia netengetriebe (10b), vorzugsweise mit wenigstens einem Sonnenrad (10b.1 ), wenigstens einem Hohlrad (10b.3), wenigstens einem Planeten- radträger (10b.2) und wenigstens einem Planetenrad (10b.4).
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primär-Antriebswelle (1.1 ) und die Sekundär-Antriebswelle (1.1) koaxial und/oder fluchtend zueinander angeordnet sind.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentfluss durch eine, zwei, drei oder mehr Drehmoment- Übertragungseinrichtungen (8) beeinflussbar ist und dass
die Drehmoment-Übertragungseinrichtungen (8) aus einer Gruppe ausgewählt sind, welche
mechanische Kupplungen und Bremsen mit Form- oder Reibschluss, welche insbesondere schlupfgesteuert sind, insbesondere nass- oder trockenlaufende Lammellen- und Backenkupplungen und -bremsen oder Klauenkupplungen und Rastverbindungen,
hydraulische Kupplungen, insbesondere hydrodynamische Drehmoment- wandler mit und ohne Überbrückungskupplung, Kupplungen die Drehmo- ent wenigstens teilweise aufgrund der Scherreibung von Flüssigkeiten übertragen und Kupplungen mit Füllmengenregelung und
Überhohlkupplungen, insbesondere nicht-schaltbare und schaltbare Freiläufe beinhaltet.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Sekundär-Drehmoment-Übertragungseinrichtung (8) eine Über- hohlkupplung (9) ist, vorzugsweise ein Freilauf und besonders bevorzugt ein schaltbarer Freilauf.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwischen der Sekundär-Antriebsmaschine (2) und der Abtriebseinrichtung (3) wenigstens ein Drehschwingungsdämpfer (7) angebracht ist und dass dieser Drehschwingungsdämpfer (7) aus einer Gruppe mechanischer Schwingungsdämpfer ausgewählt ist, wobei diese Gruppe insbesondere
Schwingungsdämpfer, welche aufgrund eines Feder-Masse-Systems Schwingungen dämpfen,
Schwingungsdämpfer, welche aufgrund von innerer Reibung Schwingungen dämpfen, und
Schwingungsdämpfer, welche aufgrund von Flüssigkeitsreibung oder Strömungswiderständen Schwingungen dämpfen,
aktive Schwingungsdämpfer, welche aufgrund von zuvor gemessenen und/oder berechneten Daten Kompensationsschwingungen hervorrufen und dadurch Schwingungen dämpfen, Schwingungsdämpfer welche mittels eines mit der Drehzahl veränderliche Eigenfrequenzverhaltens Schwingungen dämpfen
aufweist.
21 . Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Primär-Antriebsmaschine (1 ) und/oder
der Sekundär-Antriebsmaschine (2) und/oder
der Getriebeeinrichtung (10) und/oder
der Energiespeichereinrichtung (5) und/oder
einer Steuereinrichtung zum Steuern dieses kombinierten Antriebssystems
vorhandene thermische Energie einem zur Wärmeübertragung geeignetem Fluid zugeführt wird und dass dieses direkt oder indirekt zum Temperieren einer Fahrgastzelle und/oder zum Temperieren wenigstens der Sekundär-Antriebsmaschine (2) und/oder der Getriebeeinrichtung (10) und/oder der Energiespeichereinrichtung (5) und/oder der Leistungselektronik verwendet wird.
22. Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Vorwärts- und Rückwärtsfahren durch das Umkehren der Drehrichtung der Primär-Antriebsmaschine (1 ) darstellbar ist.
23. Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass
die Summe der Nennleistung der Primär-Antriebsmaschine (1 ) und der Nennleistung der Sekundär-Antriebsmaschine (2) größer ist als die Leistungsanforderung (EN) des Kraftfahrzeuges in einem vorgegebenen Fahrzyklus, und insbesondere größer ist als die Leistungsanforderungen nach dem Fahrzyklus NEFZ und/oder EUDC und/oder IUDC und/oder dem realen Fahrbetrieb.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass
die Nennleistung von Primär-Antriebsmaschine (1 ) und Sekundär-An- triebsmaschine (2) so gewählt sind, dass während des Durchfahrens eines Fahrzyklusses, insbesondere eines Fahrzyklusses NEFZ und/oder EUDC, das Verhältnis der Ladezeit, in der die Leistung der Sekundär- Antriebsmaschine (2) durch die Primär-Antriebsmaschine (1) in der Energiespeichereinrichtung (5) gespeichert werden kann, zwischen 20 % und 80%, vorzugsweise zwischen 30 % und 70% und besonders bevorzugt zwischen 40 % und 60% der Gesamtzykluszeit liegt.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass
die Getriebeeinrichtung (10) zwei oder drei Schaltstufen aufweist und dass die Getriebeübersetzungen so bemessen sind, dass beim Durchfahren eines Fahrzyklusses, und insbesondere beim Durchfahren des NEFZ- Fahrzyklusses und/oder des EUDC-Fahrzyklusses, eine möglichst hohe Energiemenge von der Sekundär-Antriebsmaschine (2) auf die Primär- Antriebsmaschine (1 ) übertragen und in der Energiespeichereinrichtung (5) abgespeichert wird.
Kraftfahrzeug mit kombiniertem Antriebssystem gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerung der Aufladung der Energiespeichereinrichtung (5) durch eine Steuereinrichtung gesteuert wird, welche aufgrund einer Gruppe von Parametern, welche wenigstens den Energieinhalt der Energiespeichereinrichtung (5) enthält, einen Kennwert für die Dringlichkeit (Q) ermittelt, mit der die Energiespeichereinrichtung (5) aufgeladen werden muss und dass die Steuereinrichtung weiterhin aufgrund von Parametern, zu welchen wenigstens eine Kenngröße gehört, die für den Betrieb der Se- kundär-Antriebsmaschine (2) kennzeichnend ist, den Wirkungsgrad eines möglichen Ladevorgangs berechnet und den Ladevorgang einer vorgegebenen Funktion so steuert, dass bei hoher Dringlichkeit (Q) unabhängig vom Wirkungsgrad geladen wird und dass bei geringer Dringlichkeit (Q) die Aufladung in Abhängigkeit vom jeweiligen Wirkungsgrad erfolgt.
Kraftfahrzeug gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Eingabevorrichtung vorgesehen ist, in welcher der Benutzer eine Wegstrecke vorgeben kann, während derer keine Ladung der Energiespeichereinrichtung (5) durch externe Energiezufuhr erfolgen kann, und dass diese Wegstreckeninformation bei der Berechnung der Dringlichkeit (Q) der Aufladung der Energiespeichereinrichtung (5) berücksichtigt wird.
Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabevorrichtung für die Wegstreckeninformation mit einem Navigationssystem zusammenwirkt.
Verfahren zum Betrieb eines kombinierten Antriebssystems insbesondere nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche für Fahrzeuge zum Erreichen einer hohen Energieeffizienz, wobei dieses kombinierte Antriebssystem wenigstens eine Primär-Antriebsmaschine (1 ), eine Se- kundär-Antriebsmaschine (2), eine Energiespeichereinrichtung (5) sowie eine Abtriebseinrichtung (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei der folgenden Betriebszustände verwirklicht sind:
- die Leistungen der Sekundär-Antriebsmaschine (2) und der Primär-Antriebsmaschine (1 ) werden gemeinsam zum Antrieb des Kraftfahrzeugs herangezogen; wobei die Sekundär-Antriebsmaschine (2) mechanisch in den Antrieb eingekoppelt ist,
- die Sekundär-Antriebsmaschine (2) treibt an und die Primär-Antriebs- maschine (1) wird über die Primär-Antriebswelle (1 .1 ) angetrieben und die dabei von der Primär-Antriebsmaschine (1 ) erzeugte Energie wird wenigstens teilweise gespeichert;
- die Primär-Antriebsmaschine (1) treibt an und die Sekundär-Antriebsmaschine (2) ist dabei im Stillstand;
- die Primär-Antriebsmaschine (1 ) wird über die Primär-Antriebswelle (1.1 ) angetrieben und die Sekundär-Antriebsmaschine (2) ist im Stillstand oder im Leerlauf, wobei dieses Verfahren das kombinierte Antriebssystem in Abhängigkeit verschiedener Randbedingungen in unterschiedliche Betriebszustände versetzt, wobei unter Berücksichtigung des Betriebszustand und der Betriebsanforderungen durch den Benutzer das Antriebssystem gesteuert werden kann.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche direkt oder direkt wenigstens eine der folgende Betriebsgrößen die Drehzahl und/oder Beschleunigung der Primär-Antriebswelle (1.1 ) und/oder wenigstens eine Temperatur der Primär-Antriebsmaschine (1 ) und/oder die Drehzahl und/oder Beschleunigung der Sekundär-Antriebswelle (2.1) und/oder wenigstens eine Temperatur der Sekundär-Antriebsmaschine (2) und/oder
die Drehzahl und/oder Beschleunigung der Abtriebseinrichtung (3) und/oder die Drehzahl und/oder Beschleunigung wenigstens eines Getriebeeingangselements (10.1 ) und/oder wenigstens eine Temperatur der Getriebeeinrichtung (10) und/oder die Drehzahl und/oder Beschleunigung wenigstens eines Antriebselements des Fahrzeugs (4) und/oder die Drehzahl und/oder Beschleunigung der Sekundär-Antriebsmaschine (2) erfasst, den Füllungsgrad wenigstens einer Energiespeichereinrichtung (5) und/oder wenigstens eine Temperatur wenigstens einer Energiespeichereinrichtung (5) und/oder wenigstens eine Stromstärke und/oder eine Spannung wenigstens Energiespeichereinrichtung (5) und/oder die Rate des Nickens und/oder die Rate des Wankens und/oder die Rate des Gierens und/oder
wenigstens einen Abstand zu wenigstens einem anderen Verkehrsteil nehmer, wenigstens den Einfederungszustands einer Fahrwerkseinrichtung, wobei in dieser Steuereinrichtung Informationen abgespeichert sind und dass diese Daten so verknüpft werden,
dass das kombinierte Antriebssystem unter Berücksichtigung der erfass- ten Werte gesteuert wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass
die Differenz zwischen der Drehzahl der Sekundär-Antriebswelle (2.1 ) und der Drehzahl eines Getriebeeingangselements (10.1 ) oder der Drehzahl der Primär-Antriebswelle (1.1 ) bestimmt wird,
und wenn diese Differenz größer oder gleich der Null ist,
eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung (8) betätigt wird oder einrückt ein, so dass Leistung von der Sekundär-Antriebsmaschine (2) zur Abtriebseinrichtung (3) fließt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 29 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass
der Ladezustand der Energiespeichereinrichtung (5) erfasst wird, und dass ein Leistungsfluss von der Sekundär-Antriebsmaschine (2) zur Pri- mär-Antriebsmaschine (1) nur zugelassen wird, wenn der Ladezustand der Energiespeichereinrichtung (5) einen in der Steuereinrichtung abgelegten Grenzwert unterschreitet, wobei dieser Grenzwert wenigstens von der Fahrstrecke, dem Ladezustand der Energiespeichereinrichtung und vorzugsweise dem Betriebszustand wenigstens einer Antriebsmaschine abhängig ist.
33. Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen kombinierten Antriebssystem welches nach dem Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 29 bis 32 betrieben wird.
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