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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft Fahrzeughybridantriebssysteme und Verfahren zum Betreiben
derselben.
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2. Diskussion
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Hybridantriebssysteme
verbessern in der Regel die Kraftstoffverbrauchseffizienz. Herkömmlich aktiv
geregelte Vierradsysteme erhöhen
im Allgemeinen die Stabilität
und verbessern das Traktionsverhalten. Der gemeinsame Einsatz von
den beiden oben genannten Systemen in einem einzigen Fahrzeug verursacht
jedoch Kosten, Unterbringungs- und Komplexitäts-Probleme.
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DISKUSSION DER ERFINDUNG
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Ein
Fahrzeughybridantriebssystem gemäß der Erfindung
kann aufweisen: ein Leistungsübertragungsgetriebe
und eine erste und eine zweite elektrische Maschine. Das Leistungsübertragungsgetriebe überträgt mechanische
Leistung zwischen einem Primär-
und einem Sekundär-Antriebsstrang. Die
erste elektrische Maschine führt
wenigstens einem von den beiden Antriebssträngen Antriebsleistung zu und empfängt Antriebsleistung
von wenigstens einem von den beiden Antriebssträngen oder dreht leer. Die zweite
elektrische Maschine führt
ebenfalls selektiv wenigstens einem von den beiden Antriebssträngen Antriebsleistung
zu und empfängt
Antriebsleistung von wenigstens einem von den beiden Antriebssträngen oder
dreht leer.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung eines alternativ antreibbaren Fahrzeugs
mit einer längs eingebauten
Antriebsstrangkonfiguration gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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2 ist
eine schematische Darstellung eines alternativ antreibbaren Fahrzeugs
mit einer quer eingebauten Antriebsstrangkonfiguration gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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3A–3B sind
schematische Darstellungen des Getriebes und des Elektromotors von 1 in
Schnittansicht entlang der Linie 3 von 1.
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4A–4B sind
schematische Darstellungen eines Getriebes und eines Elektromotors
von 2 in Schnittansicht entlang der Linie 4 von 2.
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5A–5C sind
schematische Darstellungen von Aufteilungs-μ-Betätigungen von dem alternativ
antreibbaren Fahrzeug von 1.
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6A–6E sind
schematische Darstellungen von regenerativen Bremsbetrieben des
alternativ antreibbaren Fahrzeugs von 1.
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7 ist
eine schematische Darstellung eines Motorbremsbetriebs des alternativ
antreibbaren Fahrzeugs gemäß 1.
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8A–8B sind
schematische Darstellungen von Leerlauf-/Neutral-Betrieben des alternativ antreibbaren
Fahrzeugs von 1.
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9A–9N sind
schematische Darstellungen von Antriebsbetrieben des alternativ
antreibbaren Fahrzeugs von 1.
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10A–10L sind schematische Darstellungen von Motoranordnungen
für alternativ
antreibbare Fahrzeuge mit längs
eingebautem Antriebsstrang.
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11A–11B sind schematische Darstellungen von Motoranordnungen
für alternativ
antreibbare Fahrzeuge mit längs
eingebautem Antriebsstrang.
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12A–12C sind schematische Darstellungen von Motoranordnungen
für alternativ
antreibbare Fahrzeuge mit quer eingebautem Antriebsstrang.
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13 ist
eine schematische Darstellung eines anderen alternativ antreibbaren
Fahrzeugs mit längs
eingebautem Antriebsstrang gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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14 ist
eine schematische Darstellung eines noch anderen alternativ antreibbaren
Fahrzeugs mit quer eingebautem Antriebsstrang gemäß einer anderen
Ausführungsform
der Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Hybridkomponenten
können
aktives Vierraddrehmomentverteilen bereitstellen. Zum Beispiel kann
eine Drehmoment erzeugende Maschine in Verbindung mit einem Planetengetriebesatz
Drehmoment zwischen einem Primär-
und einem Sekundär-Antriebsstrang
eines Fahrzeugs, wie insbesondere eines Kraftfahrzeugs, verteilt
in diese einspeisen. Ein Element des Planetengetriebes kann mit
einer antriebsstrangaufwärtigen
Drehmomentquelle, wie zum Beispiel einem Verbrennungsmotor, und/oder
einer anderen Drehmoment erzeugenden Maschine verbunden sein, ein
anderes Element (des Planetengetriebes) kann mit dem Sekundär-Antriebsstrang verbunden
sein, und ein drittes Element (des Planetengetriebes) kann mit einer
Drehmoment erzeugenden Elektromaschine, zum Beispiel einem Verteilmotor,
verbunden sein.
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Während des
Zweirad-Betriebs liefert ein Motor, insbesondere ein Verbrennungsmotor,
Drehmoment an den Primär-Antriebsstrang,
ohne dass von dem Verteilmotor hierzu Drehmoment beigesteuert wird.
Zur Bereitstellung eines Vierrad-Betriebs übt der Verteilmotor Drehmoment
auf genau ein Element des Planetengetriebes aus, während der
Verbrennungsmotor Drehmoment an ein anderes Element des Planetengetriebes
liefert. Drehmoment wird an den Sekundär-Antriebsstrang über ein
drittes Element des Planetengetriebes übertragen.
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Zusätzlich zu
dem Verbrennungsmotor und dem Verteilmotor kann eine andere Drehmoment
erzeugende Maschine im Antriebsstrang/Leistungsstrang vorgesehen
sein. Diese Drehmoment erzeugende Maschine kann zum Beispiel ein
Gegenmotor sein, der Energie zu Wellenleistung oder von Wellenleistung
umwandelt.
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Eine
Speichervorrichtung kann vorgesehen sein, um Energie zu speichern,
die von dem Verteilmotor und dem Gegenmotor von Wellenleistung aus umgewandelt
wurde.
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In
dem als Beispiel gezeigten Zweirad-Antriebsszenario überträgt der Verbrennungsmotor Drehmoment
an den Primär-Antriebsstrang, und
der Gegenmotor kann: (1) den Verbrennungsmotor unterstützen, indem
er Energie von der Speichervorrichtung in Wellenleistung umwandelt,
(2) einen Teil des Verbrennungsmotordrehmoments in Energie umwandeln
und diese der Speichervorrichtung oder anderen elektrischen Vorrichtungen,
wie zum Beispiel dem Verteilmotor, zuführen, oder (3) inaktiv verbleiben.
Alternativ kann der Verbrennungsmotor ausgeschaltet werden, um es
allein dem Gegenmotor zu erlauben, Drehmoment dem Primär-Antriebsstrang zuzuführen.
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In
einem Vierrad-Antriebsszenario übertragen
der Verbrennungsmotor und der Gegenmotor Drehmoment an den Primär-Antriebsstrang
und über den
Verteilmotor an den Sekundär-Antriebsstrang. Der
Verteilmotor kann dem Planetengetriebe auf zwei Weisen Drehmoment
zuführen:
(1) durch Umwandeln von speicherbarer Energie in Wellenleistung (Motorbetrieb)
oder (2) durch Umwandeln von Wellenleistung in speicherbare Energie
(Generatorbetrieb). Drehmoment wird in Abhängigkeit von dem Verbrennungsmotor-
und Gegenmotor-Drehmoment produziert und erleichtert entsprechend
die Drehmomentübertragung
an den Sekundär-Antriebsstrang.
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Im
Fall 1 kann der Verteilmotor speicherbare Energie erhalten von entweder
der Speichervorrichtung, dem Gegenmotor oder von beiden. Im Fall
2 kann der Verteilmotor speicherbare Energie senden an entweder
die Speichervorrichtung, den Gegenmotor oder an beide. Alternativ
kann der Verbrennungsmotor ausgeschaltet werden und der Verteilmotor kann:
(1) unabhängig
den Primär-Antriebsstrang
und den Sekundär-Antriebsstrang
ohne zusätzlichen
Beitrag von dem Gegenmotor antreiben oder (2) den Primär-Antriebsstrang
und den Sekundär-Antriebsstrang mit
Beitrag von dem Gegenmotor zusammen mit diesem antreiben. Der Betrag
des Verteilmotor-Anteils relativ zu dem Verbrennungsmotor- und dem
Gegenmotor-Beitrag
bestimmt den Betrag an Drehmomentverteilung bzw. Drehmomentaufteilung zwischen
dem Primär-Antriebsstrang
und dem Sekundär-Antriebsstrang.
Bremsbasiertes Drehmomentverteilen kann auch angewandt werden, um Drehmoment
zwischen dem Primär-Antriebsstrang und
dem Sekundär-Antriebsstrang
zu verteilen.
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Bei
Bremsszenarios kann jegliche Komponente dazu verwendet werden, um
das Fahrzeug zu verlangsamen. Zum Beispiel kann (1) der Verbrennungsmotor
allein das Fahrzeug verzögern
durch Kompressionsbremsen, (2) der Gegenmotor das Fahrzeug verlangsamen
durch Umwandeln von kinetischer Energie in speicherbare Energie
(z. B. elektrische Energie) oder (3) der Verteilmotor das Fahrzeug verlangsamen
durch Umwandeln von kinetischer Energie in speicherbare Energie
(z. B. elektrische Energie); (4) es können auch die (Backen-)Bremsen
zum Verlangsamen des Fahrzeugs verwendet werden, oder (5) irgendeine
Kombination der zuvor genannten Möglichkeiten 1–4 kann
herangezogen werden.
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Energie,
die während
eines regenerativen Bremsens erfasst wurde, kann zur späteren Verwendung
in der Energiespeichervorrichtung gespeichert werden. Der Verteilmotor
in Kooperation mit dem Gegenmotor kann verwendet werden, um den
Betrag an regenerativem Bremsen zwischen dem Primär-Antriebsstrang
und dem Sekundär-Antriebsstrang aufzuteilen.
Dies erlaubt es der Fahrzeugsteuerung, die Fahrzeugstabilität zu erhalten,
wobei auch maximales regeneratives Bremsen zum Abmildern von aggressiven
Bremssituationen herangezogen werden kann.
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Der
Verbrennungsmotor kann ein Benzinmotor, ein Dieselmotor oder ein
anderer Typ Verbrennungsmaschine sein. Der Verbrennungsmotor kann auch
entfallen, wobei nur der Gegenmotor, z. B. ein Kurbelwellenmotor,
oder ein anderer Typ von Drehmomentquelle verwendet wird. Der Verteilmotor
und der Gegenmotor können
Elektromotoren, hydraulische Motoren oder andere Typen von Motoren
sein. Elektromotoren und Batterien können durch analoge Komponenten
wie Hydraulikmotoren und Hydraulik-Akkumulatoren ersetzt werden.
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Die
Anordnung des Verbrennungsmotors und der anderen Motoren im Leistungsstrang/Antriebsstrang
kann unterschiedlich sein. Der Gegenmotor kann irgendwo zwischen
dem Verbrennungsmotor und dem vorderen und dem hinteren Differential
angeordnet sein. Der Verteilmotor kann irgendwo zwischen der Verbindung
des Primär-Antriebsstrangs mit
dem Sekundär-Antriebsstrang
und dem vorderen und dem hinteren Differential angeordnet sein.
Wenn zum Beispiel genau ein Verteilmotor verwendet wird, kann der
Verteilmotor im Antriebsstrang irgendwo zwischen der Verbindung
des Primär-Antriebsstrangs
und des Sekundär-Antriebsstrangs
und dem vordern und dem hinteren Differential angeordnet sein. Wenn
zwei oder mehr Verteilmotoren verwendet werden, können die
Verteilmotoren irgendwo im Antriebsstrang zwischen der Verbindung
des Primär-Antriebsstrangs
und des Sekundär-Antriebsstrangs und
den Rädern
angeordnet sein. Wenn genau ein Gegenmotor verwendet wird, kann
der Gegenmotor in dem Antriebsstrang irgendwo zwischen dem Verbrennungsmotor
und dem vorderen und dem hinteren Differential angeordnet sein.
Wenn zwei oder mehr Gegenmotoren verwendet werden, können die
Gegenmotoren irgendwo im Antriebsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor
und den Rädern angeordnet
sein.
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Das
letztlich eingestellte Antriebsverhältnis bzw. Übersetzungsverhältnis des
Sekundär-Antriebsstrangs
kann variiert werden, um das (Übersetzungs-)Verhältnis des
Planetengetriebes, das mit dem Verteilmotor verbunden ist, zu kompensieren. Hierdurch
kann der parasitäre
Widerstand des Verteilmotors reduziert werden. Zum Beispiel, wenn
das Sekundär-Antriebsstrang-Verhältnis X
ist und das Planetengetriebe-Verhältnis 1/X ist, dann ist die Drehzahl
der Eingangswelle des Planetengetriebes genau ausgeglichen mit der
Drehzahl der Ausgangswelle.
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Folglich
rotiert der Verteilmotor somit nicht. Wenn das Sekundär-Antriebsstrang-Verhältnis X
ist und das Planetengetriebe-Verhältnis 1/Y ist, dann kann der
Verteilmotor mit einer Drehzahl rotieren, die proportional zur Differenz
zwischen X und Y ist. Die Möglichkeit,
die Verteilmotorgeschwindigkeit durch Übersetzungsverhältniseinstellung
zu steuern, bringt signifikante Freiheiten im Hinblick auf die Konstruktion/Auslegung
sowohl des Verteilmotors als auch des Gegenmotors und der anderen
Systemkomponenten mit sich. Ferner kann das Verteilmotorgetriebeverhältnis ausgewählt werden,
um die Drehmomentaufteilung zwischen dem Primär-Antriebsstrang und dem Sekundär-Antriebsstrang
zum Antreiben und zum regenerativen Bremsen zu optimieren.
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Das
Außer-Eingriff-Bringen
von Kupplungen kann dazu verwendet werden, um Leistungsstrang/Antriebsstrang-Komponenten außer Eingriff zu
bringen, so wie erforderlich. Zum Beispiel kann in einem Fahrzeug
mit einem mit der Verbrennungsmotorkurbelwelle verbundenen Gegenmotor,
zum Beispiel einem Kurbelwellenmotor, das Getriebe in Neutral-Stellung
geschaltet werden, um den Verbrennungsmotor und den Kurbelwellenmotor
vom Antriebsstrang zu trennen. Der Verteilmotor treibt dann allein
das Fahrzeug an. Im Trennzustand kann auch der Verbrennungsmotor
den Kurbelwellenmotor antreiben, um Energie zum Speichern zu erzeugen
und für
den Verteilmotor zu verwenden. Als ein anderes Beispiel kann eine
Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Kurbelwellenmotor
den Verbrennungsmotor vom Antriebsstrang trennen. Der Kurbelwellenmotor
treibt dann allein das Fahrzeug oder in Kooperation mit dem Verteilmotor
an. Andere Kupplungskonfigurationen sind möglich, wie zum Beispiel motorseitige
Trennungen und radseitige Abtrennungen.
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1 ist
eine schematische Darstellung eines alternativ antreibbaren Fahrzeugs 10,
zum Beispiel eines Hybridelektrofahrzeugs. Das Fahrzeug 10 weist
auf: einen Verbrennungsmotor 12, einen Kurbelwellenmotor 14,
ein Getriebe 16, ein Übertragungsgetriebe 18 und
einen Verteilmotor 20, zum Beispiel einen Permanentmagnetmotor.
Das Fahrzeug 10 weist ferner auf: eine Frontantriebswelle 22, eine
Vorderachsenanordnung 24, eine Heckantriebswelle 26 und
eine Hinterachsenanordnung 28. Das Fahrzeug 10 weist
ferner auf: Vorderräder
mit Felgen und Reifen 30, Hinterräder mit Felgen und Reifen 32, eine
Batterie 34, zum Beispiel eine Hochvoltbatterie, eine Niedervoltbatterie
etc., und Steuervorrichtungen und Leistungselektronik 36,
zum Beispiel eine Fahrzeugsystemsteuerung, eine Batteriesteuereinheit, Steuerschaltkreise,
Leistungsumwandler etc.
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Wie
weiter unten erläutert
sind benachbart zueinander dargestellte Komponenten mechanisch miteinander
gekuppelt. Als ein Beispiel ist der Verbrennungsmotor 12 mechanisch
mit dem Kurbelwellenmotor 14 verbunden. Als ein anderes
Beispiel ist das Übertragungsgetriebe 18 mechanisch
mit dem Getriebe 16, dem Verteilmotor 20 und der
Frontantriebswelle 22, etc. verbunden.
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2 ist
eine schematische Darstellung eines alternativ antreibbaren Fahrzeugs 110,
zum Beispiel eines Hybridelektrofahrzeugs. Im Vergleich zu 1 bezeichnen
um die Differenz 100 verschobene Bezugszeichen entsprechende
Bauelemente, wie zum Beispiel den Verbrennungsmotor 12 bzw. 112. Das
Fahrzeug 110 weist auf: einen Verbrennungsmotor 112,
einen Gegenmotor 114, ein Getriebe 138, eine Leistungsübertragungseinheit 140 und
einen Verteilmotor 120. Das Fahrzeug 110 weist
ferner auf: vordere Halbwellen 142, eine hintere Antriebswelle 126 und
eine Hinterachsenanordnung 128. Das Fahrzeug 110 weist
ferner auf: Vorderräder
mit Felgen und Reifen 130, Hinterräder mit Felgen und Reifen 132,
eine Hochvoltbatterie 134 und Steuervorrichtungen und Leistungselektronik 136.
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Wie
unten erläutert
sind Bauelemente, die benachbart zueinander dargestellt sind, mechanisch miteinander
verbunden. So ist beispielsweise die Leistungsübertragungseinheit 140 mechanisch
mit dem Getriebe 138, dem Verteilmotor 120 und
der hinteren Antriebswelle 126 verbunden. Als ein anderes Beispiel
ist der Kurbelwellenmotor 114 mechanisch mit dem Getriebe 138,
etc. verbunden.
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3A zeigt
eine schematische Darstellung eines Teils des Fahrzeugs 10 in
Schnittansicht entlang der Linie 3 von 1. In dem
in 3A gezeigten Beispiel wird Drehmoment von dem
Getriebe 16 zu der hinteren Antriebswelle 26 übertragen,
aber nicht zu der vorderen Antriebswelle 22. Drehmoment von
dem Getriebe 16 wird zu der hinteren Antriebswelle 26 über die
Drehmomentwelle 44 übertragen.
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Ein
Planetengetriebe 46 weist auf: ein Sonnenrad 48,
das mechanisch mit einem Verteilmotor 20 über eine
Welle 49 gekuppelt ist, Planetenräder 50, die über eine
flexible Verbindung 52, zum Beispiel eine Kette, mit der
Drehmomentwelle 44 mechanisch gekuppelt sind, und ein Hohlrad 54,
das mit der vorderen Antriebswelle 22 mechanisch gekuppelt
ist. Von der Hochvoltbatterie 34 (Hochspannungsbatterie)
(1) wird Ausgleichsleistung, falls erforderlich, an
den Verteilmotor 20 geliefert. Als ein Ergebnis daraus
rotiert das Planetengetriebe 46 derart, dass Drehmoment
von der Drehmomentwelle 44 nicht über die flexible Verbindung 52 an
die vordere Antriebswelle 22 übertragen wird.
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3B zeigt
eine andere schematische Darstellung eines Teils des Fahrzeugs 10 in
Schnittansicht entlang der Linie 3 von 1.
In dem Beispiel von 3B wird Drehmoment von dem Getriebe 16 auf
die hintere Antriebswelle 26 und auf die vordere Antriebswelle 22 übertragen.
Der Verteilmotor 20 führt
dem Sonnenrad 48 entweder Drehmoment zu oder greift Drehmoment
davon ab, indem er entweder Leistung von der Hochvoltbatterie 34 (1)
erhält
(Motorbetrieb) oder indem er Leistung an die Hochvoltbatterie 34 überträgt (Generatorbetrieb). Das
Drehmoment vom Sonnenrad 48 steht dem Drehmoment von den
Planetenrädern 50 gegenüber. Die
Planetenräder 50 treiben
daher das Hohlrad 54 an, welches das Drehmoment zu der
vorderen Antriebswelle 22 überträgt.
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4A zeigt
eine schematische Darstellung eines Teils des Fahrzeugs 110 in
Schnittansicht entlang der Linie 4 von 2.
Im Beispiel von 4A wird Drehmoment von dem Getriebe 138 zu
den vorderen Halbwellen 142, jedoch nicht zu der hinteren Antriebswelle 126 übertragen.
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Das
Planetengetriebe 146 weist auf: ein Sonnenrad 148,
das über
eine Welle 149 mechanisch mit dem Verteilmotor 120 gekuppelt
ist, Planetenräder 150,
die über
einen Getrieberadsatz 151 mit einer Drehmomentwelle 144 mechanische
gekuppelt sind, und ein Hohlrad 154, das über einen
Getrieberadsatz 153 mit der hinteren Antriebswelle 126 mechanisch gekuppelt
ist. Ausgleichsleistung von der Hochvoltbatterie 134 (2)
wird, falls erforderlich, dem Verteilmotor 120 zugeführt. Als
ein Ergebnis daraus rotiert das Planetengetriebe 146 derart,
dass Drehmoment von der Drehmomentwelle 144 nicht an die
hintere Antriebswelle 126 übertragen wird.
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4B zeigt
eine andere schematische Darstellung des Teils des Fahrzeugs 110 im
Schnitt entlang der Linie 4 von 2. Im Beispiel
von 4B wird Drehmoment vom Getriebe 148 an
die vorderen Halbwellen 142 und die hintere Antriebswelle 126 übertragen.
Hierbei führt
der Verteilmotor 120 dem Sonnenrad 148 entweder
Drehmoment zu oder greift Drehmoment davon ab, indem er entweder
von der Hochvoltbatterie 134 (2) Leistung
erhält
(Motorbetrieb) oder indem er der Hochvoltbatterie 134 Leistung
zuführt
(Generatorbetrieb). Das Drehmoment vom Sonnenrad 148 steht
dem Drehmoment von den Planetenrädern 150 gegenüber. Daher
treiben die Planetenräder 150 das
Hohlrad 154 an, welches daraufhin Drehmoment an die Hinterantriebswelle 126 überträgt.
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5A–5C sind
schematische Darstellungen von Beispielen von Aufgeteiltes-μ-Betrieben (unterschiedliche
Reibwerte zwischen Rädern
und Boden) des alternativ antreibbaren Fahrzeugs von 1.
Wenn das Fahrzeug 10 wie in 5A dargestellt
auf eine Eisfläche
auffährt, wird
Drehmoment vom Verbrennungsmotor 12 und dem Kurbelwellenmotor 14 auf
die Hinterachsenanordnung 28 übertragen. Die Volllinienpfeile
zeigen den elektrischen Leistungsfluss an. Die gestrichelten Linienpfeile
zeigen den Fluss der mechanischen Leistung an.
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Die
Eisfläche
ist in 5B als unter den Vorderrädern angeordnet
dargestellt, wodurch zwar das Steuersystem (Lenkung), aber nicht
das Antriebssystem potentiell beeinflusst wird. Drehmoment wird
daher nach wie vor vom Verbrennungsmotor 12 und dem Kurbelwellenmotor 14 auf
die Hinterachsenanordnung 28 übertragen. Wenn der Kurbelwellenmotor 14 nicht
zum Antrieb herangezogen wird, kann er zum Beispiel zum Umwandeln
von Verbrennungsmotordrehmoment in speicherbare Energie herangezogen
werden.
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Ist
die Eisfläche
dann unter den Hinterrädern 32,
wie in 5C dargestellt, wird das Antriebssystem
beeinflusst. Der Verteilmotor 20 wird daher aktiviert und
ermöglicht
es, dass Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 12 und dem
Kurbelwellenmotor 14 auf die Vorderräderanordnung 24 übertragen
wird. Wenn der Kurbelwellenmotor 14 nicht zum Antrieb verwendet
wird, kann er zum Beispiel Verbrennungsmotordrehmoment in speicherbare
Energie umwandeln.
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6A–6E sind
schematische Darstellungen von regenerativen Bremsbetrieben des
alternativ antreibbaren Fahrzeugs von 1. In 6A ist
das Getriebe 16 in Neutral geschaltet. Der Verbrennungsmotor 12 treibt
den Kurbelwellenmotor 14 an, um speicherbare Energie für die Batterie 34 zu
erzeugen. Der Verteilmotor 20 wandelt kinetische Energie
von der Vorderachsenanordnung 24 und von der Hinterachsenanordnung 28 in
speicherbare Energie für
die Batterie 34 um. Backenbremsen an den Rädern (nicht
dargestellt) können
zusätzlich
das Bremsen des Fahrzeugs 10 wie üblich unterstützen.
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In 6B wird
der Kraftstofffluss an den Verbrennungsmotor 12 abgeschaltet
oder reduziert, um die Ausgangsleistung zu beschränken, wobei
jedoch das Getriebe 16 im Eingriff mit dem Verbrennungsmotor 12 verbleibt.
Der Kurbelwellenmotor 14 und der Verteilmotor 20 wandeln
kinetische Energie von der Vorderachsenanordnung 24 und
von der Hinterachsenanordnung 28 in speicherbare Energie
für die Batterie 34 um.
Die Vorderradbremsung/Hinterradbremsung wird gemäß dem Beitrag am Bremsen durch
den Verteilmotor 20 relativ zu dem Beitrag am Bremsen durch
den Kurbelwellenmotor 14 aufgeteilt. Zusätzlich können Backenbremsen
(nicht dargestellt) beim Bremsen des Fahrzeugs 10 unterstützend mitwirken.
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Gemäß 6C ist
der Kraftstofffluss an den Verbrennungsmotor 12 abgestellt
oder reduziert, wobei jedoch das Getriebe 16 mit dem Verbrennungsmotor 12 im
Eingriff bleibt. Der Kurbelwellenmotor 14 wandelt kinetische
Energie von der Hinterachsenanordnung 28 in speicherbare
Energie für
die Batterie 34 um. Backenbremsen (nicht dargestellt) können beim
Bremsen des Fahrzeugs 10 unterstützend mitwirken.
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In 6D ist
der Kraftstofffluss an den Motor 12 abgestellt oder reduziert,
wobei jedoch das Getriebe 16 im Eingriff mit dem Verbrennungsmotor 12 verbleibt.
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Verbrennungsmotorkompressionsbremsen unterstützt das
Verzögern
des Fahrzeugs 10. Der Verteilmotor 20 wandelt
kinetische Energie von der Vorderachsenanordnung 24 und
von der Hinterachsenanordnung 28 in speicherbare Energie
für die Batterie 34 um.
Backenbremsen (nicht dargestellt) können das Bremsen des Fahrzeugs 10 weiter
unterstützen.
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In 6E ist
der Verbrennungsmotor 12 während des Bremsens ausgeschaltet
und das Getriebe 16 ist in Neutral geschaltet. Hierbei
wandelt der Verteilmotor 20 kinetische Energie von der
Vorder- und von der Hinterachsenanordnung 24, 28 (Primär- und Sekundär-Antriebsstrang) in
speicherbare Energie für
die Batterie 34 um. Backenbremsen (nicht dargestellt) können das
Bremsen des Fahrzeugs 10 zusätzlich unterstützen.
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7 ist
eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotorbremsbetriebs
des alternativ antreibbaren Fahrzeugs von 1. Die Kraftstoffzufuhr
an den Motor 12 ist abgestellt oder reduziert, um den Motorausgang
zu begrenzen, wobei jedoch das Getriebe 16 des Verbrennungsmotors 12 im
Griff mit diesem verbleibt. Verbrennungsmotorkompressionsbremsen
verzögert
das Fahrzeug 10. Backenbremsen (nicht dargestellt) können das
Bremsen des Fahrzeugs 10 unterstützen.
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8A–8B sind
schematische Darstellungen von Leerlauf/Neutral-Betrieben des alternativ antreibbaren
Fahrzeugs von 1. In 8A ist
das Getriebe 16 in Neutral geschaltet. Der Verbrennungsmotor 12 treibt
den Kurbelwellenmotor 14 zum Erzeugen von speicherbarer
Energie für
die Batterie 34 an. Der Verbrennungsmotor 12,
der Kurbelwellenmotor 14 und der Verteilmotor 20 üben kein
Verzögerungsdrehmoment
oder Antriebsdrehmoment auf die Antriebsstränge aus.
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In 8B ist
der Kraftstofffluss an den Verbrennungsmotor 12 abgestellt
oder reduziert, um die Motorausgangsleistung zu begrenzen, und das
Getriebe 16 ist in Neutral geschaltet. Der Verbrennungsmotor 12,
der Kurbelwellenmotor 14 und der Verteilmotor 20 üben kein
Verzögerungsdrehmoment
auf die Antriebsstränge
aus.
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9A–9N zeigen
schematische Darstellungen von Antriebsbetrieben des alternativ
antreibbaren Fahrzeugs von 1. In 9A ist
das Getriebe 16 im Eingriff und der Verbrennungsmotor 12 und
der Kurbelwellenmotor 14 überführen Drehmoment auf den Antriebsstrang.
Der Verteilmotor 20 überträgt ebenfalls
Drehmoment auf den Antriebsstrang. Die Drehmomentverteilung zwischen
vorne und hinten variiert entsprechend dem Beitrag des Verteilmotors 20 relativ
zu dem Beitrag des Verbrennungsmotors 12 und des Kurbelwellenmotors 14. Bremsbasiertes
Drehmomentverteilen kann ebenfalls dazu verwendet werden, um Drehmoment
zwischen vorne und hinten und zwischen linker und rechter Seite
zu verteilen.
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In 9B ist
das Getriebe 16 im Eingriff und der Verbrennungsmotor 12 und
der Kurbelwellenmotor 14 senden Drehmoment an den Antriebsstrang. Der
Verteilmotor 20, der hier als Generator arbeitet, verteilt
Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 12 und dem Kurbelwellenmotor 14 auf
die Vorderachsenanordnung 24. Die Drehmomentverteilung
zwischen Vorderradantrieb und Hinterradantrieb variiert entsprechend
der Drehmomentreaktion des Verteilmotors 20. Bremsbasiertes
Drehmomentverteilen kann ebenfalls verwendet werden, um Drehmoment zwischen
Vorderradantrieb und Hinterradantrieb sowie zwischen rechts und
links zu verteilen.
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In 9C ist
das Getriebe 16 im Eingriff, und der Verbrennungsmotor 12 und
der Kurbelwellenmotor 14 senden Drehmoment an die Hinterachsenanordnung 28.
Der Verteilmotor 20 ist nicht aktiv. Drehmoment wird nur
an die Hinterachsenanordnung 28 übermittelt.
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In 9D ist
das Getriebe 16 im Eingriff und der Verbrennungsmotor 12 sendet
Drehmoment an den Antriebsstrang. Der Kurbelwellenmotor 14 wandelt
einen Teil des Verbrennungsmotordrehmoments in speicherbare Energie
für die
Batterie 34 um. Der Verteilmotor 20 sendet Drehmoment
an den Antriebsstrang. Die Drehmomentverteilung zwischen Vorderrädern und
Hinterrädern
variiert gemäß dem Beitrag
des Verteilmotors 20. Bremsbasiertes Drehmomentverteilen
kann ebenfalls zum Drehmomentverteilen herangezogen werden.
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In 9E ist
das Getriebe 16 im Eingriff, und der Verbrennungsmotor 12 sendet
Drehmoment an den Antriebsstrang. Der Kurbelwellenmotor 14 wandelt
einen Teil des Verbrennungsmotordrehmoments in speicherbare Energie
für die
Batterie 34 um. Der Verteilmotor 20, der hier
als Generator arbeitet, leitet Drehmoment von dem Verrennungsmotor 12 und dem
Kurbelwellenmotor 14 zu der Vorderachsenanordnung 24.
Die Drehmomentverteilung zwischen Vorderrädern und Hinterrädern wird
gemäß dem Reaktionsdrehmoment
des Verteilmotors 20 variiert. Bremsbasiertes Verteilen
kann ebenfalls angewandt werden.
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In 9F ist
das Getriebe 16 im Eingriff und der Verbrennungsmotor führt der
Hinterachsenanordnung 28 Drehmoment zu. Der Kurbelwellenmotor 14 wandelt
einen Anteil des Verbrennungsmotordrehmoments in speicherbare Energie
für die
Batterie 34 um.
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In 9G ist
das Getriebe 16 auf Neutral geschaltet. Der Verbrennungsmotormotor 12 treibt
den Kurbelwellenmotor 14 an, sodass dieser speicherbare
Energie für
die Batterie 34 erzeugt. Der Verteilmotor 20 treibt
die erste und die zweite Achsenanordnung 24, 28 an.
Bremsbasiertes Drehmomentverteilen kann ebenfalls dazu verwendet
werden, um Drehmoment zwischen der Vorderseite und der Hinterseite
zu verteilen.
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In 9H ist
das Getriebe 16 im Eingriff, und der Motor 12 liefert
Drehmoment an den Antriebsstrang. Der Kurbelwellenmotor 14 ist
nicht aktiv. Der Verteilmotor 20 sendet ebenfalls Drehmoment
an den Antriebsstrang. Die Drehmomentverteilung zwischen vorne und
hinten variiert gemäß dem Beitrag des
Verteilmotors 20. Bremsbasiertes Drehmomentverteilen kann
ebenfalls zur Verteilung des Drehmoments herangezogen werden.
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In 9I ist
das Getriebe 16 im Einriff und der Verbrennungsmotor 12 liefert
Drehmoment an den Antriebsstrang. Der Kurbelwellenmotor 14 ist nicht
aktiv. Der Verteilmotor 20, der als Generator arbeitet,
leitet Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 12 zu der Vorderachse 24.
Die Drehmomentverteilung zwischen Vorderrädern/Vorderachse und Hinterrädern/Hinterachse
variiert gemäß dem Reaktionsdrehmoment
des Verteilmotors 20. Bremsbasiertes Drehmomentverteilen
kann ebenfalls zur Verteilung des Drehmoments herangezogen werden.
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In 9J ist
das Getriebe 16 im Eingriff und der Verbrennungsmotor 12 liefert
Drehmoment an den Antriebsstrang. Der Kurbelwellenmotor 14 ist nicht
aktiv. Der Verteilmotor 20 ist ebenfalls nicht aktiv.
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In 9K ist
der Kraftstofffluss zu dem Verbrennungsmotor 12 unterbrochen
oder reduziert, um den Verbrennungsmotorausgang zu begrenzen, wobei
jedoch das Getriebe 16 im Eingriff steht. Der Kurbelwellenmotor 14 liefert
Drehmoment an den Antriebsstrang. Der Verteilmotor 20 liefert
ebenfalls Drehmoment an den Antriebsstrang. Die Verteilung des Drehmoments
zwischen Vorderrad- und Hinterradantriebsstrang ist gemäß dem Beitrag
des Verteilmotors 20 variierend. Bremsbasiertes Drehmomentverteilen
kann ebenfalls zum Verteilen des Drehmoments herangezogen werden.
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In 9L ist
der Kraftstofffluss zu dem Verbrennungsmotor 12 abgestellt
oder reduziert, um den Verbrennungsmotorausgang zu begrenzen, wobei
jedoch das Getriebe 16 im Eingriff ist. Der Kurbelwellenmotor 14 liefert
Drehmoment an den Antriebsstrang. Der Verteilmotor 20,
der hier als Generator arbeitet, leitet antriebsstrangaufwärtiges Drehmoment an
die Vorderachsenanordnung 24. Die Drehmomentverteilung
zwischen Vorderradachse und Hinterradachse variiert gemäß dem Reaktionsdrehmoment des
Verteilmotors 20. Bremsbasiertes Drehmomentverteilen kann
ebenfalls zum Verteilen des Drehmoments herangezogen werden.
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In 9M ist
der Kraftstofffluss zu dem Verbrennungsmotor 12 abgestellt
oder reduziert, um den Verbrennungsmotorausgang zu begrenzen, wobei
jedoch das Getriebe 16 im Eingriff ist. Der Kurbelwellenmotor 14 liefert
Drehmoment an den Antriebsstrang. Der Verteilmotor 20 ist
nicht aktiv. Bremsbasiertes Drehmomentverteilen kann dazu verwendet werden,
um Drehmoment zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern sowie
zwischen den linken und den rechten Rädern zu verteilen.
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In 9N ist
der Kraftstofffluss zu dem Verbrennungsmotor 12 abgestellt,
wobei das Getriebe 16 in Neutral geschaltet ist. Der Kurbelwellenmotor 14 ist
nicht aktiv. Der Verteilmotor 20 treibt die Vorderachsenanordnung
und die Hinterachsenanordnung 24, 28 an. Bremsbasiertes
Drehmomentverteilen kann auch dazu verwendet werden, um Drehmoment zwischen
den Vorder- und Hinterrädern
und zwischen den linken und rechten Rädern zu verteilen.
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Das
Fahrzeug 110 gemäß 2 kann
in entsprechender Weise, wie es mit Bezug auf die 5A bis 9L erläutert wurde,
betrieben werden.
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10A–10L sind schematische Darstellungen von Motoranordnungen
für alternativ
antreibbare Fahrzeuge mit längs
eingebauten Leistungsstrang/Antriebsstrang-Konfigurationen. Wie oben erläutert sind
Bauelemente, die einander benachbart dargestellt sind, mechanisch
miteinander gekuppelt. 10E–10H zeigen eine Kupplung 13, welche dazu
verwendet werden kann, um Bauelemente selektiv miteinander in Eingriff
zu bringen bzw. voneinander außer
Eingriff zu bringen. Andere, nicht dargestellte Konfigurationen
sind ebenfalls möglich.
Zusätzlich
können
mehr als ein Gegenmotor 14 oder ein Verteilmotor 20 verwendet
werden und an unterschiedlichen Positionen im Antriebsstrang angeordnet
sein.
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11A–11B zeigen schematische Darstellungen von Motorpositionen
für alternativ
antreibbare Fahrzeuge mit längs
eingebauter Antriebsstrangkonfiguration. Die Positionen des Verteilmotors 20 in 11A–11B können
in Verbindung mit den Positionen des Kurbelwellenmotors 14 von 10A–10L verwendet werden. Andere, nicht dargestellte
Konfigurationen sind ebenfalls möglich. Diese
Motorpositionen können
auch in Fahrzeugen mit quer eingebauter Antriebsstrangkonfiguration verwendet
werden.
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12A–12C zeigen schematische Darstellungen von Motorpositionen
für alternativ
antreibbare Fahrzeuge mit quer eingebauter Antriebsstrangkonfiguration.
Andere, nicht dargestellte Konfigurationen sind möglich. Zusätzlich können mehr
als ein Gegenmotor 114 und/oder mehr als ein Verteilmotor 120 verwendet
und an unterschiedlichen Positionen im Antriebsstrang angeordnet
werden.
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13 ist
eine schematische Darstellung eines alternativ antreibbaren Fahrzeugs 210 mit
einem längs
eingebauten Antriebsstrang. Das Fahrzeug 210 weist zwei
Gegenmotoren 214, 215 und einen Verteilmotor 220 auf.
Der Verteilmotor 220 ist in das Übertragungsgetriebe bzw. Übertragungsgetriebegehäuse 218 integriert.
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Bei
der Ausführungsform
von 13 ist der Gegenmotor 214 ein Kurbelwellenmotor.
Der Gegenmotor 214 ist zwischen dem Verbrennungsmotor 212 und
dem Getriebe 216 angeordnet. Der Gegenmotor 214 arbeitet
als Motor oder als Generator. Der Gegenmotor 214 kann den
Verbrennungsmotor 212 starten, liefert Antriebsleistung
an den Antriebsstrang, wandelt Energie von dem Verbrennungsmotor 212 in
elektrische Energie um oder wandelt kinetische Energie des Fahrzeugs
durch den Antriebsstrang in elektrische Leistung um.
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In
der Ausführungsform
von 13 ist der Gegenmotor 215 ein Fahrmotor
bzw. Zugmotor. Der Gegenmotor ist in die Vorderachsenanordnung 224 integriert.
Der Gegenmotor 215 funktioniert als Motor oder als Generator.
Der Gegenmotor 215 wird dazu verwendet, um Antriebsleistung
an den Antriebsstrang zu übertragen
oder um kinetische Energie des Fahrzeugs durch den Antriebsstrang
in elektrische Leistung umzuwandeln.
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Die
beiden Gegenmotoren 214, 215 können für eine bestimmte kontinuierliche
Periode betätigt werden,
ohne dass der Verteilmotor 220 betätigt werden muss. Einer der
Gegenmotoren 214, 215 kann als Generator arbeiten,
während
der andere als Motor arbeitet, wobei hierbei der Verbrennungsmotor 212 entweder
in Betrieb ist oder nicht. Alternativ können beide Gegenmotoren 214, 215 als
Motoren oder als Generatoren arbeiten, wenn die Energiespeichervorrichtung 234 angemessene
Kapazität
zur Verfügung
hat.
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Das
Betätigen
der Gegenmotoren 214, 215 ohne Betätigung des
Verteilmotors 220 ermöglicht eine
unabhängige Drehmomentübertragung
zu und von den Frontradanordnungen und den Heckradanordnung 230, 232.
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Zum
Beispiel liefert der Gegenmotor 215 Drehmoment an die Vorderradanordnung 230,
während
unabhängig
davon der Verbrennungsmotor 212 und/oder der Gegenmotor 214 Drehmoment
an die Hinterradanordnung 232 liefert. Drehmomentmanagement
für sowohl
den Antrieb als auch für
regeneratives Bremsen kann damit optimiert werden.
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In
anderen Ausführungsformen
können
zwei oder mehr Gegenmotoren verwendet werden. Die Gegenmotoren können an
unterschiedlichen Positionen im Antriebsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor
und den Rädern
angeordnet sein.
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14 ist
eine schematische Darstellung eines alternativ antreibbaren Fahrzeugs 310 mit
einer quer eingebauten Antriebsstrangkonfiguration. Das Fahrzeug 310 weist
zwei Gegenmotoren 314, 315 und einen Verteilmotor 320 auf.
Der Verteilmotor 320 ist mit einer Getriebeeinheit 340 integriert.
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In
der Ausführungsform
von 14 ist der Gegenmotor 314 ein Kurbelwellenmotor,
der zwischen dem Verbrennungsmotor 312 und dem Getriebe 316 angeordnet
ist. Der Gegenmotor 314 funktioniert als Motor oder als
Generator. Der Gegenmotor 314 kann den Verbrennungsmotor
starten, Antriebsleistung an den Antriebsstrang liefern, Leistung
von dem Verbrennungsmotor 312 in elektrische Leistung umwandeln
oder kinetische Energie des Fahrzeugs durch den Antriebsstrang in
elektrische Leistung umwandeln.
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In
der Ausführungsform
von 14 ist der Gegenmotor 315 ein Fahrmotor,
der in die Hinterachsenanordnung 328 integriert ist. Der
Gegenmotor 315 funktioniert als ein Motor oder als ein
Generator. Der Gegenmotor 315 wird dazu verwendet, um Antriebsleistung
an den Antriebsstrang zu übermitteln oder
um kinetische Energie des Fahrzeugs durch den Antriebsstrang in
elektrische Leistung umzuwandeln.
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Die
beiden Gegenmotoren 314, 315 können. für einen ununterbrochenen Zeitraum
betätigt
werden, ohne dass der Verteilmotor 320 betätigt werden müsste. Einer
der beiden Gegenmotoren 314, 315 kann als Generator
arbeiten, während
der andere als Motor arbeitet, wobei der Verbrennungsmotor 312 hierbei
arbeiten oder nicht arbeiten kann. Alternativ können beide Gegenmotoren 314, 315 als
Motoren oder als Generatoren arbeiten, wenn die Energiespeichervorrichtung 334 entsprechend
angepasste Kapazitäten
bereitstellt.
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Das
Betätigen
der Gegenmotoren 314, 315 ohne Betätigung des
Verteilmotors 320 erlaubt die unabhängige Drehmomentübertragung
zu und von den Vorder- und Hinterräderanordnungen 330, 332. Zum
Beispiel übt
der Gegenmotor 315 Drehmoment auf die Hinterräderanordnung 332 aus,
während
unabhängig
davon der Verbrennungsmotor 312 und/oder der (andere) Gegenmotor 314 Drehmoment auf
die Vorderräderanordnung 330 ausübt. Andere Variationen
sind ebenfalls möglich.
Drehmomentmanagement sowohl für
den Antrieb als auch für
das regenerative Bremsen kann damit optimiert werden.
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In
alternativen Ausführungsformen
können zwei
oder mehr Gegenmotoren verwendet werden. Die Gegenmotoren können an
unterschiedlichen Positionen im Antriebsstrang angeordnet sein.
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Obwohl
die Erfindung u. a. anhand von speziellen Ausführungsformen beschrieben wurde,
ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt, sondern umfasst Abänderungen/Modifikationen
insofern vom durch die Ansprüche
definierten Schutzbereich umfasst.