DE19816450A1 - Hybridfahrzeug mit Notantriebsvorrichtung - Google Patents
Hybridfahrzeug mit NotantriebsvorrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungs
motor und einem Elektromotor als Leistungsquelle.
Beim Stand der Technik ist ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (ICE) und
einem Elektromotor als Leistungsquelle bekannt, um die Abgasemission eines Fahrzeu
ges zu vermindern.
Solch ein Hybridfahrzeug ist z. B. in der japanischen Patentanmeldung Tokkai Hei
9-103001 offenbart, die durch das japanische Patentamt im Jahre 1997 veröffentlicht
wurde. Bei diesem Stand der Technik sind ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor
beide mechanisch mit Rädern verbunden, und die Räder werden sowohl durch den
Verbrennungsmotor als auch durch den Elektromotor angetrieben. Daher können die
Räder durch den Verbrennungsmotor auch dann angetrieben werden, wenn der
Elektromotor ausfällt.
Es gibt jedoch auch einen Reihentyp (series type) eines Hybridfahrzeuges, bei dem die
gesamte Ausgangsleistung vom Verbrennungsmotor in Leistung durch einen Generator
umgewandelt wird, und die Räder werden nur durch den Elektromotor angetrieben. Bei
einem solchen Reihentyp-Hybridfahrzeug (series type hybrid vehicle) kann, da die Räder
nicht mit dem Verbrennungsmotor mechanisch verbunden sind, der Verbrennungsmotor
seine Ausgangsleistung nicht an die Räder abgeben, wenn der Elektromotor ausfällt,
auch dann, wenn keine Störung beim Verbrennungsmotor vorliegt, so daß das Fahrzeug
nicht überall fahren kann.
Es ist daher ein Ziel dieser Erfindung, einem Reihentyp-Hybridfahrzeug zu ermöglichen,
auch dann zu fahren, wenn dessen Motor ausfällt.
Um das obige Ziel zu erreichen, schafft diese Erfindung ein Reihentyp-Hybridfahrzeug
mit einem Generator, der durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird, eine
Batterie, die durch den Generator geladen wird, einen Elektromotor, der durch den
Generator und die Batterie angetrieben wird, und ein Antriebssystem zum Übertragen
der Ausgangsleistung des Elektromotors an die Räder. Das Hybridfahrzeug umfaßt
außerdem eine Notantriebs-Anzeigeeinrichtung (emergency drive indicator means) und
einen Kraftübertragungsmechanismus, welcher direkt die Ausgangsleistung des
Verbrennungsmotors an das Antriebssystem nur dann überträgt wenn ein Befehl von
der Notantriebs-Anzeigeeinrichtung vorliegt.
Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung umfaßt das Hybridfahrzeug außerdem ein
Steuergerät, welches den Generator in einem Leistungserzeugungsstoppzustand oder
einem Leistungserzeugungsminimalzustand hält und den Elektromotor in einem Neutral
zustand hält, wenn die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors an das Antriebs
system über den Kraftübertragungsmechanismus übertragen wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung umfaßt der Kraftübertragungsme
chanismus einen Drehmomentwandler und eine Kupplung, die miteinander in Reihe
angeordnet sind.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt dieser Erfindung umfaßt der Kraftübertragungsme
chanismus einen Drehmomentwandler und zwei Kupplungen, die jeweils auf der Ein
gangsseite und der Ausgangsseite des Drehmomentwandlers vorgesehen sind.
Entsprechend einem weiteren Aspekt dieser Erfindung umfaßt der Kraftübertragungsme
chanismus eine Richtungswechseleinrichtung und einen Umkehrmechanismus, welcher
die Ausgangsdrehung von dem Verbrennungsmotor umkehrt und sie an das Antriebssy
stem überträgt, wenn ein Befehl von der Richtungswechseleinrichtung vorhanden ist.
Die Details sowie andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind im Rest der
Beschreibung angegeben und in den beigefügten Zeichnungen gezeigt. In den
Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 den Aufbau eines Hybridfahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform
dieser Erfindung,
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Steuergerätes des Hybridfahrzeugs,
Fig. 3 einen Flußplan zur Darstellung der Arbeitsweise des Steuergeräts,
Fig. 4 den Teilaufbau einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung,
Fig. 5 eine Ansicht, die ähnlich zu Fig. 1 ist, die aber eine dritte Ausführungsform
dieser Erfindung zeigt, und
Fig. 6 eine Ansicht ähnlich zu Fig. 1, die aber eine vierte Ausführungsform dieser
Erfindung zeigt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnungen ist ein Reihentyp-Hybridfahrzeug mit
einem Verbrennungsmotor (ICE) 1 und einem Generator 3, der mit einer Ausgangswelle
2 des Verbrennungsmotors 1 verbunden ist, ausgestattet, einer Batterie 4 zum Speichern
von Elektroenergie, die durch den Generator 3 erzeugt wird, ausgestattet und einem
Paar Elektromotoren 5, die durch den Generator 3 und die Batterie 4 angetrieben
werden, ausgestattet. Die Ausgangsleistung des Elektromotors 5 wird über ein Unter
setzungsgetriebe 6, eine Kopplung 7, eine Kardanwelle 8, eine Kopplung 9 und einen
Radantrieb 10 auf die Räder übertragen.
Ein Drehmomentwandler 13 ist mit der Ausgangswelle 2 des Verbrennungsmotors 1 über
ein Paar Untersetzungszahnrädern 12a, 12b verbunden. Ferner ist zwischen dem
Drehmomentwandler 13 und dem Untersetzungsgetriebe 6 eine Kupplung 14 vorge
sehen. Die Zahnräder 12a, 12b, der Drehmomentwandler 13 und die Kupplung 14
umfassen einen Kraftübertragungsmechanismus 11 zur Verwendung in einem Notfall.
Dieses Hybridfahrzeug umfaßt ein Steuergerät, das in Fig. 2 gezeigt ist. Ein System
steuergerät 15 steuert die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 über ein ICE-
Steuergerät 16, steuert den Anteil der Leistung, die durch den Generator 3 erzeugt wird,
über ein Generatorsteuergerät 17 und steuert die Ausgangsleistung des Elektromotors 5
über ein Motorsteuergerät 18.
Wenn ein Signal von dem Notantriebsschalter 20 eingegeben wird, z. B. wenn der
Elektromotor 5 ausfällt, steuert das Systemsteuergerät 15 die Ausgangsleistung des
Verbrennungsmotors 1 und bringt die Kupplung 14 über ein Notantriebssteuergerät
(emergency drive controller) 19 in Eingriff oder löst diese.
In das Systemsteuergerät 15 werden Signale von einem Gaspedalöffnungssensor 22
und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 23 eingegeben, und das Systemsteuergerät
15 führt eine Notantriebssteuerung in Übereinstimmung mit den Signalen aus.
Fig. 3 ist ein Flußplan, der die Arbeitsweise des Systemsteuergerätes 15 in einem Notfall
beschreibt.
In einer Stufe S1 werden die Gaspedalöffnung und die Fahrzeuggeschwindigkeit einge
lesen. In einer Stufe S2 wird basierend auf der Gaspedalöffnung und der Fahrzeugge
schwindigkeit ermittelt, ob das Fahrzeug in einem Ruhezustand befindlich ist. Wenn
ermittelt wurde, daß das Fahrzeug in einem Ruhezustand ist, schreitet die Routine zu
einer Stufe S3 fort. In der Stufe S3 wird ermittelt, ob der Notantriebsschalter 20 auf EIN
ist. Wenn ermittelt wurde, daß der Notantriebsschalter 20 auf EIN ist, wird der Elektro
motor 5 auf einen Neutralzustand gesetzt, und der Generator 3 wird auf einen Leistungs
erzeugungsstoppzustand oder Leistungserzeugungsminimalzustand jeweils in den
Stufen S4 und S5 gesetzt, und die Routine schreitet zu einer Stufe S6 fort.
In der Stufe S6 wird ermittelt, ob ein Fahrzeugstartvorgang ausgeführt wurde durch
Ermitteln, ob sich die Gaspedalöffnung vergrößert hat. Wenn ermittelt wurde, daß ein
Startvorgang stattgefunden hat, schreitet die Routine zu den Stufen S7 und S8, wobei
die Kupplung 14 allmählich eingerückt wird, und die Ausgangsleistung des Verbren
nungsmotors wird entsprechend der Gaspedalöffnung erhöht.
Nachdem das Fahrzeug gestartet ist und begonnen hat zu fahren, wird das Fahren
fortgesetzt, bis ermittelt wurde, daß ein Fahrzeugstoppvorgang ausgeführt wurde. Wenn
in einer Stufe S9 ermittelt wurde, daß die Gaspedalöffnung Null ist und die Fahrzeugge
schwindigkeit gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist (sehr niedrige Geschwin
digkeit), d. h., daß ein Stoppvorgang ausgeführt worden ist, wird die Kupplung 14 in einer
Stufe S10 gelöst, der Notantriebsschalter 20 wird auf AUS in einer Stufe S11 geschaltet,
und die Steuerung wird beendet.
Als nächstes wird die Arbeitsweise dieses Hybridfahrzeuges beschrieben. Während der
normalen Fahrt treibt der Verbrennungsmotor 1 nur den Generator 3 an. Der Elektro
motor 5 wird durch die Leistung angetrieben, die von dem Generator 3 zugeführt wird.
Die Drehzahl des Elektromotors wird gemäß der Gaspedalöffnung gesteuert, und die
Drehzahl steigt an je mehr die Gaspedalöffnung vergrößert wird. Da die Kupplung 14
dann gelöst wird, wird die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 nicht auf den
Elektromotor 5 über die Kupplung 14 übertragen.
Wenn andererseits eine Störung in dem Elektromotor 5 auftritt, wird das Fahrzeug zuerst
gestoppt, und wenn der Notantriebsschalter 20 auf EIN geschaltet wird, findet ein
Umschalten zu der Notantriebsbetriebsart statt.
Der Generator 3 tritt in den Leistungserzeugungsstoppzustand oder Leistungserzeu
gungsminimalzustand ein, und der Elektromotor 5 geht in den Neutralzustand. Wenn der
Fahrer auf das Gaspedal drückt, wird die Kupplung 14 allmählich eingerückt. Die
Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 wird über das Untersetzungsgetriebe 5
über die Kupplung 14 auf die Räder übertragen. Als ein Ergebnis dessen kann das
Fahrzeug direkt durch den Verbrennungsmotor 1 angetrieben werden, wenn z. B. der
Elektromotor 5 ausfällt.
Wenn das Gaspedal gelöst wird und das Fahrzeug sich verlangsamt, wird die Kupplung
14 wieder gelöst, so daß die Übertragung der Ausgangsleistung des Verbrennungs
motors 1 auf die Räder unterbrochen wird, und das Fahrzeug kann in den Ruhezustand
gebracht werden.
Daher kann, auch wenn der Elektromotor 5 ausfällt, das Fahrzeug sicher zu einem
erforderlichen Ort bewegt werden.
Da die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1 zu dem Untersetzungsgetriebe 5
über den Drehmomentwandler 13 eingegeben wird, kann die Ausgangsleistung des
Verbrennungsmotors 1 erhöht und übertragen werden, und die Antriebskraft, die zum
Fahren des Fahrzeugs notwendig ist, kann auch während eines Notantriebs erzielt
werden. Da auch ein Drehmoment gleichförmig übertragen werden kann, können
Übertragungsrucks vermindert werden. Das Fahrzeug kann auch ohne den Drehmo
mentwandler 13 gleichförmig bewegt werden, vorausgesetzt, daß die Kupplung 14
vorhanden ist.
Während des Notantriebs, wenn der Generator 3 in dem Leistungserzeugungsstopp
zustand oder Minimalleistungszustand gehalten wird und der Elektromotor 5 in dem
Neutralzustand gehalten wird, wird die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 1
verwendet, um den Generator 3 anzutreiben, und der Motor 5 kann vermindert werden.
Als ein Ergebnis dessen kann nahezu die gesamte Ausgangsleistung des Verbrennungs
motors 1 verwendet werden, um die Räder anzutreiben, und gute Fahreigenschaften
werden abgesichert.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform dieser Erfindung. Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß Kupplungen 14a und 14b
jeweils auf der Eingangsseite und der Ausgangsseite des Drehmomentwandlers 13
vorgesehen sind.
Gemäß dieser Ausführungsform kann der Drehmomentwandler 13 vollständig getrennt
von dem Verbrennungsmotor 1 und dem Elektromotor 5 während der Normalfahrt des
Fahrzeuges gehalten werden. Aufgrund dessen wird ein Verlust der Ausgangsleistung
des Verbrennungsmotors 1, welcher aufgrund des Antriebs des Drehmomentwandler 13
während einer Normalfahrt auftritt, eliminiert.
Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform dieser Erfindung. Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß ein Umkehrmechanismus
25 zwischen dem Drehmomentwandler 13 und der Kupplung 14b zusätzlich zu dem
Drehmomentwandler 13 und den Kupplungen 14a, 14b zwischengeschaltet ist. Dieser
Umkehrmechanismus 25 ist der gleiche wie der Mechanismus, der zum Umschalten des
Rückwärtsgangs eines Getriebes verwendet wird, der beim Stand der Technik bekannt
ist.
Ein Signal, das "vorwärts" oder "rückwärts" auswählt, wird von einem Richtungswechsel
schalter 21 an das Notantriebssteuergerät 19 eingegeben. Ein Betätigungsorgan, nicht
dargestellt, verschiebt ein sich bewegendes Eingriffszahnrad 26 gemäß dem Signal von
diesem Richtungswechselschalter 21, um so zwischen einem Zustand umzuschalten, bei
dem die Ausgangsdrehung des Verbrennungsmotors 1 direkt auf die Räder übertragen
wird und einem Zustand umzuschalten, bei dem der Ausgang vor der Übertragung auf
die Räder umgekehrt wird.
Das Fahrzeug kann daher sich nicht nur vorwärts, sondern auch rückwärts bewegen,
und die Betriebsfähigkeit des Fahrzeuges wird in einem Notfall verbessert.
Fig. 6 zeigt eine vierte Ausführungsform dieser Erfindung. Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform darin, daß der Kraftübertragungsme
chanismus 11 auf der entgegengesetzten Seite des Generators 3 vorgesehen ist. Auf
grund dessen besteht mehr Freiheitsgrad bei der Anordnung des Verbrennungsmotors 1
und des Kraftübertragungsmechanismus 11.
Die Ausführungsformen dieser Erfindung, bei welchen ein ausschließliches Eigentum
oder Vorrecht beansprucht wird, werden in den Patentansprüchen definiert.
Claims (5)
1. Reihentyp-Hybridfahrzeug mit einem Generator (3), der durch einen Verbrennungs
motor angetrieben wird, einer Batterie (4), die durch den Generator (3) geladen wird,
einem Elektromotor (5), der durch den Generator (3) und die Batterie (4) angetrieben
wird und einem Antriebssystem zum Übertragen der Ausgangsleistung des Elektromo
tors (5) auf die Räder, dadurch gekennzeichnet, daß das Hybridfahrzeug außerdem
eine Notantriebs-Anzeigeeinrichtung (20) umfaßt und einen Kraftübertragungsmecha
nismus (11) umfaßt, welcher direkt die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors (1)
auf das Antriebssystem nur dann direkt überträgt, wenn ein Befehl von der Notantriebs-
Anzeigeeinrichtung (20) vorhanden ist.
2. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hybridfahrzeug
außerdem ein Steuergerät umfaßt, welches den Generator (3) in einem Leistungserzeu
gungsstoppzustand oder einem Leistungserzeugungsminimalzustand hält und den
Elektromotor (5) in einem Neutralzustand hält, wenn die Ausgangsleistung des Verbren
nungsmotors (1) auf das Antriebssystem über den Kraftübertragungsmechanismus (11)
übertragen wird.
3. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftübertra
gungsmechanismus (11) einen Drehmomentwandler (13) und eine Kupplung (14)
umfaßt, die in Reihe zueinander angeordnet sind.
4. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftübertra
gungsmechanismus (11) einen Drehmomentwandler (13) umfaßt und Kupplungen (14a),
(14b) umfaßt, die jeweils auf der Eingangsseite und Ausgangsseite des Drehmoment
wandlers (13) vorgesehen sind.
5. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftübertra
gungsmechanismus (11) eine Richtungswechseleinrichtung (21) umfaßt und einen
Umkehrmechanismus (25) umfaßt, welcher die Ausgangsdrehung von dem Verbren
nungsmotor (1) umkehrt und diese auf das Antriebssystem überträgt, wenn ein Befehl
von der Richtungswechseleinrichtung (21) vorhanden ist.
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