DE9422162U1 - Straßenfahrzeug mit Hybrid-Antrieb - Google Patents
Straßenfahrzeug mit Hybrid-AntriebInfo
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Description
-&Igr;&Egr; 2578 - Cs/ho Neue Seiten 1, la
Die Erfindung betrifft ein Strassenfahrzeug mit Hybrid-Antrieb, mit einem Elektromotor und einem parallel
geschalteten Verbrennungsmotor nach Oberbegriff von Anspruch 1. Bisher bekannte Hybrid-Antriebe weisen noch
erhebliche Nachteile auf. Sie sind vor allem sehr aufwendig, teuer und relativ schwer und dennoch von
beschränkter Leistungsfähigkeit im Alltagsgebrauch. Serien-Hybrid-Systeme benötigen drei Maschinen: einen
Verbrennungsmotor mit Generator zur Stromerzeugung und einen Elektromotor als Fahrmaschine, welche alle drei im
wesentlichen auf die Nennleistung des Antriebs ausgelegt sein müssen und damit ein ausgesprochen schweres und
teures System bilden. Die Leistungen von Elektromotor und Verbrennungsmotor können dabei nicht addiert werden.
Bekannte Parallel-Hybrid-Antriebe andrerseits benötigen immer mindestens ein aufwendiges mehrstufiges Schaltgetriebe
oder ein automatisches Getriebe mit Drehmomentwandler. Die elektrische Leistung ist zudem meist sehr
eingeschränkt und oft nicht einmal ausreichend für rein elektrisches, abgasfreies Fahren in Agglomerationen.
Aus der DE 42 02 083 Al ist ein Hybrid-Antrieb für konventionelle Kraftfahrzeuge bekannt mit einem konventionellen
verbrennungsmotorischen Antriebsstrang, mit Schaltgetriebe und mit einer elektrischen Drehstrommaschine,
welche auch zur Synchronisation des konventionellen Schaltgetriebes dient. Um mit solchen
bekannten Hybrid-Fahrzeugen und Antrieben im ganzen Geschwindigkeitsbereich vollumfänglich Verkehrtauglich
• * I
-Ia-
keit erreichen zu können, sind jedoch relativ hohe Motorleistungen mit aufwendigen Getrieben und mit
entsprechend grossen Batteriekapazitäten erforderlich, was insgesamt ein hohes Gewicht ergibt, so dass damit die
nachtehende Aufgabe in keiner Weise gelöst werden kann. Überdies sind diese bekannten konventionell ausgelegten
Hybrid-Fahrzeuge viel zu aufwendig und damit auch wirtschaftlich nicht konkurrenzfähig. Deshalb werden
solche bisherigen Hybrid-Fahrzeuge meist auch nur auf einen reduzierten Einsatzbereich ausgelegt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der bekannten Hybrid-Fahrzeuge zu überwinden und ein
Strassenfahrzeug mit Hybrid-Antrieb zu schaffen, welches im ganzen Geschwindigkeitsbereich vollumfänglich
verkehrtauglich ist und welches sich durch niedriges Systemgewicht, geringen Platzbedarf, einfachen Aufbau,
niedrige Herstell- und Betriebskosten, hohen Wirkungsgrad und gute Leistung im ganzen Geschwindigkeitsbereich
auszeichnet. Es soll insbesondere auch abgasfreies, rein elektrisches Fahren in Agglomerationen ermöglichen. Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch ein Strassenfahrzeug mit Hybrid-Antrieb nach Anspruch 1.
Indem das Fahrzeug im Gegensatz zur bisherigen bekannten konventionellen Personenwagenbauweise als echtes
Leichtbaufahrzeug ausgebildet ist, kombiniert mit den
neuen Merkmalen des Hybrid-Konzepts nach Anspruch 1, wird erst eine drastische Reduktion von Aufwand und Gewicht
erreicht werden, so dass damit die erfindungsgemässe
Aufgabe überhaupt erreichbar wird. Durch den direkten mechanischen Anschluss einerseits des Elektromotors und
andrerseits des Verbrennungsmotors auf das gemeinsame,
einfache fixe Untersetzungsgetriebe und die Transmission kann die Leistung beider Motoren auf einfachste Art und mit
grösstmöglichem Wirkungsgrad auf die Antriebsräder erfolgen. Die Systemsteuerung ermöglicht dabei den optimalen Einsatz
jedes Motors einzeln und zusammengeschaltet, entsprechend der Fahrgeschwindigkeit und der momentan gewünschten
Antriebsleistung. Mit diesem erfindungsgemässen Hybrid-Konzept
kann mit relativ kleinen Elektro- und Verbrennungsmotoren und Fahrbatterien über den ganzen Fahrbereich
ausreichend Leistung bereitgestellt werden bei entsprechend geringen Gewicht und Kosten. Im mittleren Geschwindigkeitsbereich
können die Batterien auch mit der Verbrennungsmotor Überschussleistung immer wieder nachgeladen werden. Damit
kann die Reichweite für lange Überlandfahrten im wesentlichen durch den Verbrennungsmotorverbrauch und dessen
Tankgrösse gegeben werden. In diesem Hybrid-Konzept ergänzen sich die beiden Motoren optimal, indem ihre jeweiligen
Stärken direkt zur Wirkung gebracht werden. Beide Motoren sind deshalb auch ungefähr gleich stark ausgelegt, d.h. es
sind zwei im Prinzip gleichwertige Hauptantriebsmotoren und nicht ein Hauptmotor und ein Hilfsmotor. Der Elektromotor 1
übernimmt alle fahrdynamischen Aufgaben im hochdynamischen
unteren Geschwindigkeitsbereich (Antreiben und rekuperatives Bremsen im Stadtgebiet). Damit werden die Möglichkeiten des
Elektromotors, sehr gute Regelbarkeit, hoher Wirkungsgrad auch im Teillastbereich -, optimal genutzt. Der Verbrennungsmotor
ist im unteren Fahrgeschwindigkeitsbereich, im Stadtbereich, nicht aktiv. Im mittleren Geschwindigkeitsbereich
wird der Verbrennungsmotor ebenfalls möglichst gleichmässig und in einem effizienten Betriebsbereich, oft
im Vollastbereich, genutzt, z.B. bei schnelleren Bergfahrten. Im oberen Geschwindigkeitsbereich (Oberlandstrassen
und auf Autobahnen) wird hauptsächlich der Verbrennungsmotor im Vollastbereich eingesetzt.
Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung mit besonders günstigen
Verhältnissen der beiden Motoren bezüglich Leistungen,
Drehmomenten und Untersetzungsverhältnissen sowie mit
weiteren Kombinationselementen. Die Erfindung wird im
folgenden anhand von Beispielen und Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen erfindungsgemässen Hybrid-Antrieb mit
Fig. 1 einen erfindungsgemässen Hybrid-Antrieb mit
Stillstandskupplung;
Fig. 2 einen Leistungsverlauf von Elektromotor und
Fig. 2 einen Leistungsverlauf von Elektromotor und
Verbrennungsmotor in Funktion der Geschwindigkeit; Fig. 3 einen Leistungsverlauf bei einem zweistufigen
Hybrid-Antrieb;
Fig. 4 einen Momentverlauf von Elektromotor und
Fig. 4 einen Momentverlauf von Elektromotor und
Verbrennungsmotor in Funktion der Geschwindigkeit; Fig. 5 ein Beispiel mit unterschiedlichem
Untersetzungsverhältnis von Elektromotor und
Verbrennungsmotor;
Fig. 6 ein Beispiel mit umschaltbarem zweistufigem
Fig. 6 ein Beispiel mit umschaltbarem zweistufigem
Kettengetriebe;
Fig. 7 das Zusammenwirken beider Antriebe an einem Fahrbeispiel.
Fig. 7 das Zusammenwirken beider Antriebe an einem Fahrbeispiel.
Fig. 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemässen Hybrid-Antrieb
mit einem Elektromotor 1, welcher mit einem fixen Untersetzungsgetriebe 2 verbunden ist. Ein Verbrennungsmotor
3 ist über eine Kupplung 4 direkt an eine Welle des fixen Untersetzungsgetriebes 2 einkuppelbar. Der Ausgang des
Untersetzungsgetriebes führt über eine im Stillstand ein- und ausschaltbare Kupplung 5 auf eine Transmission 7, z.B.
mit Differential und Halbwellen, welche die Antriebsleistung von beiden Motoren auf die Antriebsräder 9 überträgt. Die
gesamte Leistungs- und Funktionssteuerung wird durch eine Systemsteuerung 10 ausgeführt, welche auch eine Elektromotorsteuerung
16 und eine Verbrennungsmotorsteuerung 17 enthält. Die Systemsteuerung 10 ist mit Elektromotor 1,
Verbrennungsmotor 3, Kupplung 4, Batterie 15 und mit
Eingabeelementen 6 verbunden, z.B. mit einem Gaspedal 31, einem Bremspedal 32 und einem Programmwählschalter 12. Durch
die Systemsteuerung 10 ist der Elektromotor 1 auch als Generator zur Aufladung der Fahrbatterie 15 betreibbar. Dies
einmal als Rekuperationsbremse, gesteuert über das .Bremspedal 32, und auch im Fahrbetrieb, wenn der
Verbrennungsmotor im optimalen Vollastbereich betrieben mehr Leistung abgibt als zum Fahren benötigt wird, kann mit der
Überschussleistung über den Elektromotor die Batterie nachgeladen werden. Anzeigegeräte 8 informieren über den
Ladezustand der Batterie 15 und über Verbrauchs- und Betriebsdaten beider Motoren 1, 3. Mit einer zusätzlichen,
im Stillstand schaltbaren Kupplung 5, z.B. in Form eines Verschieberitzels, kann die Transmission 7 vom Untersetzungsgetriebe
2 getrennt werden. Dann kann über einen Starterknopf 14 der Verbrennungsmotor mit dem Elektromotor
als Anlasser gestartet werden, um anschliessend als Standgeneratormaschine mit dem Verbrennungsmotor über den
Elektromotor die Batterie 15 aufzuladen. Dies als Reservelösung, falls einmal kein Netzanschluss für das
Ladegerät 18 vorhanden ist (Betriebsmodus SL: Stillstand Laden).
Mit dem Programmvorwählschalter 12 werden z.B. folgende weitere, automatisch ablaufende Fahrprogramme eingestellt:
Elektroantrieb Modus E: Rein elektrische Fahrt mit Rekuperationsfunktion als zusätzliches Bremssystem. Der
Verbrennungsmotor ist ausgeschaltet und ausgekuppelt.
Hybrid-Antrieb Modus H: Im unteren Geschwindigkeitsbereich wiederum rein elektrische Fahrt, bei Überschreiten einer
einstellbaren Innerorts-Grenzgeschwindigkeit von z.B. 60 bis 65 km/h wird der Verbrennungsmotor 3 automatisch
eingekuppelt und übernimmt die volle Fahrleistung, soweit seine Leistung dazu ausreicht. Beide Motoren werden durch
den Sollwertgeber (Gaspedal) 31 so angesteuert, dass insgesamt die gewünschte Gesamtleistung PSOLL erbracht wird.
Ist die gewünschte Leistung PSOLL kleiner als die mögliche Vollastleistung PVM des Verbrennungsmotors bei dieser
Geschwindigkeit, so wird der Verbrennungsmotor in Teillast betrieben. Unter einer einstellbaren Minimalgeschwindigkeit
VMIN von z.B. 45 bis 50 km/h wird der Verbrennungsmotor automatisch ausgekuppelt und nach einer kurzen Standby-Zeit
von z.B. 10 bis 20 Sek. abgestellt. Bei Betätigung des Bremspedals 32 wird die Betriebsstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor
abgestellt, und der Elektromotor geht als Rekuperationsbremse in den Generatorbetrieb über. Bei
Umschalten vom Hybrid-Modus H in den Elektro-Modus E wird immer die Betriebsmittelzufuhr zum Verbrennungsmotor
unterbrochen, ausgekuppelt und dieser ausgeschaltet.
Hybrid-Antrieb Laden Modus HL: Hier wird der Verbrennungsmotor
nicht in Teillast betrieben, sondern falls die Vollastleistung PVM des Verbrennungsmotors grosser ist als
die abgerufene Soll-Leistung PSOLL, wird immer die Überschussleistung zur Aufladung der Batterie eingesetzt,
wie z.B. in Fig. 7 erläutert.
Fig. 2 zeigt beispielhaft einen Verlauf der Vollastleistungen P von Elektromotor (PE) und Verbrennungsmotor
(PV) in Funktion der Geschwindigkeit V für einen Hybrid-Antrieb mit einer fixen Untersetzungsstufe. Die kurzzeitig
abrufbare Maximalleistung bzw. Vollastleistung PEM des
Elektromotors ist im unteren Geschwindigkeitsbereich mit 2 0 kW sehr hoch und sinkt erst im oberen Bereich etwas ab. Die
Dauerleistung PE von 9 kW ist bis zur Höchstgeschwindigkeit, hier 120 km/h, einsetzbar und kann über den ganzen Geschwindigkeit
sbereich, z.B. zum Überholen und an Steigungen, eingesetzt werden. Beim Verbrennungsmotor entspricht die
Vollastleistung VM auch der Dauerleistung, welche ca. ab 60 km/h bis zu einem Höchstwert von z.B. 11 kW im Bereich der
Höchstgeschwindigkeit ansteigt. Die Kurve R zeigt den Leistungsbedarf für ebene Fahrt, d.h. den Fahrwiderstand.
Die Motoren sind hier so ausgelegt und übersetzt, dass der Elektromotor allein eine Steigfähigkeit von z.B. 20 25% bei
voller Zuladung ermöglicht und dass der Verbrennungsmotor seine Maximalleistung im Bereich der Höchstgeschwindigkeit,
entsprechend dem Fahrwiderstand R, abgibt. Ausserorts, z.B. an Bergstrecken ab ca. 50 km/h können die Leistungen beider
Motoren addiert gemäss Kurve PE + PVM eingesetzt werden. Bei
ebener Fahrt liegt der Leistungsbedarf R bei mittleren Geschwindigkeiten wesentlich tiefer als die Vollastleistung
PVM des Verbrennungsmotors. Die resultierende Differenz DP = PVM - R kann dann durch Betrieb des Elektromotors als
Generator zum Nachladen der Batterie genutzt werden. Der Einsatzbereich EM, VM der beiden Motoren ist in der Figur
ebenfalls dargestellt: für den Elektromotor EM von 0 bis 80 km/h und nach Bedarf auch bis zur Höchstgeschwindigkeit von
120 km/h. Der Einsatzbereich des Verbrennungsmotors VM erstreckt sich normalerweise von 60 bis 120 km/h, bei Bedarf
ab der Minimalgeschwindigkeit VMIN von z.B. 50 km/h. Eine andere Leistungsauslegung zeigen die Kurven PEM2 und PVM2
mit einer höheren Leistung des Verbrennungsmotors gemäss Kurve PVM2 bis zu einem Höchstwert von 14 kW, welches auch
eine höhere Maximalgeschwindigkeit von ca. 130 km/h ermöglicht, entsprechend dem höheren Fahrwiderstand R. Der
Elektromotor weist gemäss Kurve PEM2 eine reduzierte Maximalleistung von z.B. 14 kW auf. Dies entspricht einer
Auslegung, bei der im unteren Geschwindigkeitsbereich geringere Beschleunigungs- und Steigleistungen erforderlich
sind. Dementsprechend kann auch die Batteriegrösse und deren Gewicht z.B. von 200 kg auf 12 0 kg reduziert werden.
Diese Motorauslegungen beziehen sich auf ein Leichtbau-Fahrzeug von z.B. 500 - 600 kg Leergewicht.
Fig. 3 zeigt den Leistungsverlauf für ein Beispiel mit zwei umschaltbaren fixen Untersetzungsstufen 21, 22. Die Stufe 21
ist hier auf eine Maximalgeschwindigkeit von 80 km/h und die Stufe 22 auf eine Maximalgeschwindigkeit von 13 0 km/h
ausgelegt. Das Übersetzungsverhältnis beträgt damit 1.625. Im allgemeinen liegt das Untersetzungsverhältnis von erster
zu zweiter Stufe zwischen 1.4 und 2 vorzugsweise im Bereich von 1.5 bis 1.7. Damit wird eine höhere Steigfähigkeit bzw.
Beschleunigung im unteren Geschwindigkeitsbereich durch den Elektromotor und im mittleren Geschwindigkeitsbereich bis 80
km/h durch den Verbrennungsmotor erreicht. Ebenso wird die
mögliche Nachladeleistung DP = PVM - R erhöht. Mit einer solchen Zweistufenversion wird eine grössere Überlappung der
Haupteinsatzbereiche EM, &lgr;/&Mgr; beider Motoren erreicht und VMIN
reduziert.
Fig. 4 zeigt den Momentverlauf M in Funktion der Geschwindigkeit für eine fixe Untersetzungsstufe. Das
Dauermoment ME mit Relativwert 1.0 und das kurzzeitig einsetzbare Maximalmoment MEM mit Maximalmoment 2.0 des
Elektromotors sind vom Stillstand an sehr hoch und fallen ab ca. 3 0 km/h entsprechend der Leistungskurve von Fig. 2 mit
steigender Geschwindigkeit V ab. Umgekehrt verläuft die Vollastmoment-Kurve MVM des Verbrennungsmotors, z.B. von 50
bis 120 km/h steigend bis zu einem Maximalwert von hier 0.8 und dann fallend. Das einsetzbare addierte Dauermoment MVM +
ME beider Motoren ergibt, ergänzt durch das hohe maximale Moment MEM des Elektromotors im untersten Bereich, hohe
Werte über den ganzen Geschwindigkeitsbereich mit Reserve für Steigungen und zum Überholen. Andere Auslegungsbeispiele
zeigen die Kurven MEM2 und MEM3. Für Anwendungen vor allem in ebenen Gebieten kann das Maximalmoment mit z.B. Relativwert
1.5 gemäss Kurve MEM2 kleiner gewählt sein, während eine Anwendung, die hohe Steigfähigkeit und Beschleunigung
erfordert, auf einen Maximalwert von z.B. 2.5 gemäss Kurve MEM3 ausgelegt ist. Die Kurve MVM 0.8 illustriert ein
Beispiel, in dem eine Drehzahluntersetzung zwischen Elektromotor und Verbrennungsmotor von z.B. 1 : 0.8
vorgesehen ist, so dass bei einer Geschwindigkeit von 120 km/h der Elektromotor z.B. 101OOO U/min und der Verbrennungsmotor
8'00O U/min erreicht. Durch die kürzere Untersetzung wird das auf die Elektromotorachse bezogene
maximale Moment des Verbrennungsmotors auf 1.0 erhöht (wie in Fig. 5).
Fig. 5 zeigt ein solches Beispiel mit einem Stirnrad-Untersetzungsgetriebe
26, wo zwischen Elektromotor-Welle 27 und gemeinsamer Welle 28 eine Untersetzung von z.B. i = 0.8
vorliegt. Der Verbrennungsmotor 3 ist über eine elastische
Koppelung 29 und über eine elektromagnetische Kupplung 4 mit der Welle 28 verbunden. Untersetzungsgetriebe 26 mit
Kupplung 4 und Elektromotor 1 bilden eine kompakte Einheit.
Als weitere Variante ist hier ein zusätzlicher kleiner, leichter und kostengünstiger Generator 20 fest mit der
Motorwelle 2 8 des Verbrennungsmotors 3 verbunden. (Diese Variante ist auch in Figur 1 dargestellt.) Der Generator
kann auch auf der anderen Seite zwischen Kupplung 4 und Motor 3 angebracht sein. Damit wirkt diese Kombination als
zusätzlicher kleiner Serie-Hybrid-Antrieb. Bei offener Kupplung 4 kann so der Verbrennungsmotor unabhängig vom
Elektromotor laufen und den Generator 2 0 antreiben. So ist es auch bei niedrigen Geschwindigkeiten von z.B. 0 - 5 0
km/h, wo der Verbrennungsmotor nicht zur Traktion eingesetzt wird, möglich, mit dem Verbrennungsmotor über den Generator
Strom zu erzeugen zum Nachladen der Batterien bzw. direkt zur Speisung des Elektromotors 1. 'Zur Illustration dieser
weiteren möglichen Betriebsart ist in Figur 2 die Horizontale PGM mit einer Leistung von z.B. 4 kW eingezeichnet.
Dies entspricht einem Bruchteil der maximalen Verbrennungsmotorleistung PVM, wobei das Leistungsverhältnis von
Generator zu Verbrennungsmotor PGM / PVM vorzugsweise zwischen 0.2 und 0.5 liegt. Damit kann also im'Bedarfsfall
im sehr niedrigen Geschwindigkeitsbereich praktisch eine Reichweite erzielt werden, welche nur durch den Tankinhalt
begrenzt ist.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit zwei fixen Untersetzungsstufen 21, 22. Dieses Getriebe wird gebildet
von zwei permanenten Kettentrieben 24 mit je zwei Zahnkränzen. Die Kraftschluss-Umschaltung zwischen den beiden
Kettenstufen 21, 22 erfolgt über eine elektromagnetische UmschaItkupplung 23 auf der Elektromotorwelle 27. Die
Abtriebswelle 3 0 trägt einen Freilauf 35 des langsameren Kettentriebes 21. Anstelle des Freilaufs könnte auch eine
elektromagnetische Kupplung auf der Abtriebswelle 3 0 eingesetzt sein. Die Zahnkränze sind leicht und fein
abgestuft auswechselbar, so dass die Untersetzungen 21, 22 optimal auf den gewünschten Haupteinsatzbereich eines
Fahrzeugs ausgelegt werden können.
Fig. 7 illustriert das optimal kombinierte Zusammenwirken
beider Motoren an einem Fahrbeispiel, gefahren ausserorts im Modus HL = Hybrid - Laden. Die Kurve PVM zeigt die der
gefahrenen Geschwindigkeit entsprechende Vollastleistung des Verbrennungsmotors in Funktion der Fahrzeit. PVM verläuft
hier ungefähr proportional zur Geschwindigkeit. Die Kurve PSOLL entspricht dem mittels Gaspedal 31 vorgegebenen
gewünschten Leistungs-Sollwert. Im ersten Teil der Fahrt bis Tl wird eine höhere Leistung verlangt, als der Verbrennungsmotor
bei dieser Geschwindigkeit abgeben kann: PSOLL > PVM, z.B. an einer Steigung. In einer anschliessenden Gefällstrecke
bis T2 ist PSOLL = 0, der Verbrennungsmotor läuft jedoch weiter und lädt über den Elektromotor die Energie F2-in
die Batterie. Bei T2 wird eine hohe Leistung PSOLL zum Oberholen und Beschleunigen verlangt: Fläche F3+. Ab T3 wird
z.B. im Modus H nur noch mit dem VM gefahren, solange PSOLL < PVM ist. Die Energien Fl+ und F3+ werden also der Batterie
15 entnommen, während die Energie F2- zurückgespiesen wird (additive und subtraktive Schaltung der beiden Motoren).
Dies wird mittels einer Kapazitätsanzeige der Batterie überwacht, so dass immer ein angestrebter ausreichender
Ladezustand der Batterie erhalten bleibt (bis zur nächsten Netzaufladung). Ein optimiertes, den Ladezustand und die
Charakteristik der Batterie berücksichtigendes Batteriemanagement kann ins Steuerprogramm 11 integriert sein. Bei
genügendem Ladezustand der Batterie kann im Modus H, d.h. ohne Nachladen der Fläche F2-, gefahren werden. Die
Motorensteuerung kann auch direkt manuell beeinflusst werden, z.B. durch Ein- und Ausschalten des Verbrennungsmotors
bei T2 bzw. Tl. (Wahl einer Betriebsart M = manuell)
Ein wesentlicher Vorteil des erfinderischen Hybrid-Konzepts liegt auch darin, dass der Verbrennungsmotor, entgegen den
bisher bekannten Parallel-Hybrid-Antrieben zum Anfahren und
im unteren Geschwindigkeitsbereich bis VMIN, nicht eingesetzt wird. Der Verbrennungsmotor kann damit entsprechend
optimal auf seinen beschränkten Einsatzbereich ausgelegt sein. Dies ist auf besonders effiziente Art 2.B. mit einem
einfachen, kostengünstigen und leichten Zweitaktmotor möglich. Es sind generell neben Otto- und Dieselmotoren,
aber auch andere Verbrennungsmotoren wie Stirlingmaschinen oder Gasturbinen einsetzbar - da der Verbrennungsmotor nur
langsam veränderlichen Lastwechseln folgen muss. Das neue Hybrid-Konzept ergibt insgesamt einen leistungsfähigen und
effizienten, einfachen, leichten, kompakten und vor allem kostengünstigen Antrieb.
Claims (17)
- E 2578 - Cs/ho-11-Schut&zgr;ansprücheStrassenfahrzeug mit Hybrid-Antrieb, welches im ganzen Geschwindigkeitsbereich vollumfänglich verkehrstauglich ist, mit einem Elektromotor (1) und einem parallel geschalteten Verbrennungsmotor (3), mit einer Transmission (7) vom Ausgang des Untersetzungsgetriebes (2) zu den Antriebsrädern (9) und mit einer Systemsteuerung (10), welche mit Elektromotor (1), mit Verbrennungsmotor (3), mit Kupplung (4) und mit Eingabeelementen (6) verbunden ist, und wobei der Elektromotor durch die Systemsteuerung (10) als Generator zur Aufladung einer Fahrbatterie (15) betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dassdas Fahrzeug als Leichtbaufahrzeug ausgebildet ist, mit entsprechend reduzierter Antriebsleistung und dass der Elektromotor (1) über ein fixes Untersetzungsgetriebe (2), welches entweder nur eine fixe Untersetzungsstufe (21) oder nur zwei umschaltbare fixe Untersetzungsstufen (21,. 22) aufweist, mit den Antriebsrädern (9) direkt verbindbar ist,und dass der Verbrennungsmotor (3) über eine Kupplung (4) direkt an eine Welle des fixen Untersetzungsgetriebes (2) einkuppelbar ist wobei das Verhältnis der Maximalleistungen von Elektromotor zu Verbrennungsmotor PEM / PVM zwischen 1 und 1.8 liegt oder das Verhältnis der maximalen Momente von Elektromotor zu Verbrennungsmotor MEM / MVM bezogen auf eine gemeinsame Abtriebswelle zwischen 1.5 und 3 liegt,und dass die Systemsteuerung (10) ein Steuerprogramm (11) aufweist, mit welchem verschiedene Betriebsarten (E, H, HL) einstellbar sind-12-mit einer Betriebsart HL, bei der der Verbrennungsmotor sowohl die Fahrleistung als auch eine Überschussleistung (DP) abgibt, mit welcher der Elektromotor als Generator betrieben wird und wobei der Verbrennungsmotor erst ab einer Minimalgeschwindigkeit VMIN eingesetzt wird und auf diesen Einsatzbereich, von VMIN bis zur Maximalgeschwindigkeit, optimal ausgelegt ist.
- 2. Strassenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass das Untersetzungsverhältnis von Verbrennungsmotor zu Elektromotor bezogen auf eine gemeinsame Abtriebswelle zwischen 0.7 und 1 liegt.
- 3. Strassenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Transmission (7) und Untersetzungsgetriebe (2) eine weitere, im Stillstand schaltbare Kupplung (5) vorgesehen ist.
- 4. Strassenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingabeelemente (6) mindestens ein Gaspedal (31), ein Bremspedal (32) und ein Betriebswahlschalter (12) vorgesehen sind.
- 5. Strassenfahrzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Steuerprogramm mit einer Betriebsart E für reinen Elektroantrieb und einer Betriebsart H für Hybrid-Antrieb.
- 6. Strassenfahrzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zweitaktmotor als Verbrennungsmotor (3).
- 7. Strassenfahrzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Verbrennungsmotor (3), dessen Brennstoffzufuhr durch die Systemsteuerung (10) gesteuert ist.• •••to* ····-13-
- 8. Strassenfahrzeug nach Anspruch l, gekennzeichnet durch einen Asynchronmotor als Elektromotor (1).
- 9. Strassenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (2) nur eine fixe Untersetzungsstufe (21) aufweist.
- 10. Strassenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (2) zwei, über die Systemsteuerung (10) umschaltbare fixe Untersetzungsstufen (21, 22) aufweist.
- 11. Strassenfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsverhältnis der zwei Stufen (21, 22) zueinander zwischen 1.4 und liegt.
- 12. Strassenfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierung beim Umschalten von einer zur anderen Untersetzungsstufe (21, 22) durch Steuerung des Elektromotors über die Systemsteuerung (10) erfolgt.
- 13. Strassenfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass beide Stufen je dauernd im Eingriff stehen und dass der Kraftfluss mittels einer Kupplung (23) von einer Stufe (21) auf die andere Stufe (22) umschaltbar ist.
- 14. Strassenfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung manuell wählbar oder programmgesteuert automatisch ausführbar ist.-14-
- 15. Strassenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Welle (28) des Verbrennungsmotors (3) ein zusätzlicher kleiner Generator (20) angeordnet ist.
- 16. Strassenfahrzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Maximalleistungen von Generator (20) zu Verbrennungsmotor (3) PGM : PVM zwischen 0.2 und liegt.
- 17. Strassenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sterling-Motor als Verbrennungsmotor (3) vorgesehen ist.
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---|---|---|---|
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