DE69320046T2

DE69320046T2 - Hybridantriebssystem für Fahrzeuge, insbesondere für den städtischen Gebrauch

Info

Publication number: DE69320046T2
Application number: DE69320046T
Authority: DE
Inventors: Nicolo Doveri; Sergio Vaccari
Original assignee: LOMBARDINI FAB IT MOTORI SpA
Current assignee: Doveri Nicolo Pontedera Pisa It Lombardini Sr
Priority date: 1993-10-14
Filing date: 1993-10-14
Publication date: 1999-04-01
Anticipated expiration: 2013-10-15
Also published as: DE69320046D1; EP0648635B1; EP0648635A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Hybridantriebsystem für Fahrzeuge, nämlich ein System, das zumindest eine Wärmekraftmaschine und einen Elektromotor aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die bisher vorgeschlagenen Hybridsysteme können in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden:
a) Reihenhybrid-Fahrzeuge, in denen die gesamte für den Antrieb notwendige Leistung durch den Elektromotor erzeugt wird, der sowohl direkt durch den Generator selbst als auch durch Batterien angetrieben wird, die ihrerseits durch einen von der Wärmekraftmaschine angetriebenen Generator aufgeladen werden. In diesem Fall ist die Wärmekraftmaschine so dimensioniert, daß sie die mittlere gebrauchte Leistung liefert, während der Elektromotor imstande sein muß, die für alle Situationen, in denen das Fahrzeug verwendet wird, benötigte Leistung und Drehmoment zu erzeugen. Normalerweise ist eine Einheit zur Drehzahländerung erforderlich, da der gesamte Betriebsbereich durch das Anfahrmoment und die maximalen Leistungscharakteristiken gegenwärtiger Elektromotore nicht abgedeckt werden kann.
Was die Emissionen der Wärmekraftmaschine betrifft, ist die Situation bezüglich eines Versuchszyklus vorteilhaft, da die Wärmekraftmaschine innerhalb eines festen Drehzahlbereichs und daher ohne Übergangszustände arbeitet und darüber hinaus eine begrenzte Leistung liefert. Bei konstanter Drehzahl ist die Situation weniger vorteilhaft; tatsächlich sind sowohl die Emissionen als auch die Verbrauchshöhen durch den Wirkungsgrad des elektrischen Antriebs benachteiligt, der geringer ist als der eines mechanischen Antriebes.
b) Parallelhybrid-Fahrzeuge, in denen sowohl der Elektromotor als auch die Wärmekraftmaschine mit dem Getriebe des Fahrzeugs wechselweise oder gleichzeitig gekoppelt werden kann. Der Elektromotor ist in diesem Fall kleiner als der in einem Reihenhybrid-Fahrzeug verwendete, wobei die Wärmekraftmaschine aber ständig ihren Betrieb an die Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeuges anpassen muß, womit sie den Vorteil einer Verminderung von Emissionen zum Teil verliert, der gerade bei der Reihenhybridlösung besteht. Darüber hinaus ist eine Einheit zur Drehzahländerung wesentlich. Die Steuerung der Drehzahländerungseinheit ist ebenso sehr komplex wie die Aktivierung und Deaktivierung von Maschine und Motor sowie die Einstellung ihrer Belastung.
Ein vollständiger Überblick des die Hybridantriebsysteme betreffenden Standes der Technik ist in "Hybrid/Electric Vehicle Design Options and Evaluations", SAE 920447, von A. F. Burke enthalten.
Aus DE-A-25 10 623 ist ein Hybridantriebsystem mit einer Brennkraftmaschine bekannt, die mit einer elektrischen Maschine kombiniert ist. Der Ausgang beider Maschinen ist über ein Planetengetriebe verbunden. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Fahrzeuges arbeitet die elektrische Maschine wechselweise als Generator oder als Motor. Die Energie, die von der elektrischen Maschine erzeugt wird, wenn diese als Generator arbeitet, wird in einer Batterie gespeichert, die anschließend der gleichen Maschine Energie zuführt, wenn letztere in der Motorbetriebsart arbeitet.
Ein ähnliches System, d. h. mit einer einzigen umschaltbaren elektrischen Maschine, ist aus "Golf mit Otto-Elektro- Hybridantrieb" in ATZ Automobiltechnische Zeitschrift, 87, 1985, 11, Seiten 581 bis 584 von Nikolaus Saridakis bekannt.
Ein Hybridantriebsystem mit einer Brennkraftmaschine und zwei elektrischen Maschinen ist aus EP-A-0 552 140 bekannt. Die zwei elektrischen Maschinen arbeiten abwechselnd beide in der Motorbetriebsart oder der Generatorbetriebsart. Damit ist ein komplexes System von Kupplungen und Bremsen notwendig, um das System entsprechend den Betriebsbedingungen des Fahrzeuges zu steuern.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hybridantriebsystem bereitzustellen, das die Nachteile herkömmlicher Hybridsysteme sowohl des Reihentyps als auch des Paralleltyps überwindet.
Spezieller bezweckt die vorliegende Erfindung ein System, das es abhängig von den Nutzungsbedingungen ermöglicht, Maschine und Motor in Reihe oder parallel zu verwenden, ohne daß das System eine Drehzahländerungseinheit erfordert.
Diese und andere dem Fachmann vom Lesen der folgenden Beschreibung deutlich werdenden Aufgaben und Vorteile werden durch die Kombination charakteristischer Merkmale nach Anspruch 1 erreicht.
Weitere charakteristische Merkmale und vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Systems sind in den Unteransprüchen angegeben.
Mit dem System nach der vorliegenden Erfindung erzeugt die Wärmekraftmaschine, wie bei Reihenhybridmaschinen, eine Ausgangsleistung, die geringer ist als die maximale Ausgangsleistung (in Praxis nicht viel größer als die verwendete mittlere Leistung), die zum Antrieb des Fahrzeugs erforderlich ist, wobei diese Leistung teilweise mechanisch zum Antrieb verwendet wird, während der Elektromotor die Differenz zwischen der durch die Wärmekraftmaschine zugeführten Leistung und der Leistung ergänzt, die das Fahrzeug zum Antrieb benötigt. Die durch die Wärmekraftmaschine erzeugte überschüssige Leistung wird von einem elektrischen Generator aufgenommen, der die Batterien wieder auflädt und/oder den Elektromotor direkt antreibt.
Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die begleitende Zeichnung näher dargestellt, in der ein mögliches, nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 die grundlegende Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 2 einen Axialschnitt durch ein mögliches Ausführungsbeispiel des Planetengetriebes, das Maschine und Motor mit den Antriebsrädern des Fahrzeuges verbindet; und
Fig. 3 einen Axialschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Planetengetriebes.
Mit Bezug zunächst auf die Darstellung von Fig. 1 umfaßt das Antriebssystem eine Wärmekraftmaschine 10 mit gesteuerter Zündung oder Selbstzündung, die mit ihrem eigenen mechanischen oder elektronischen Drehzahlregler (nicht dargestellt) ausgerüstet ist. Ein Generator 15, der mit der gleichen Drehzahl wie die Wärmekraftmaschine 10 läuft, ist mit dieser direkt verbunden. Es ist jedoch auch möglich, daß der elektrische Generator 15 durch ein geeignetes Zwischengetriebe angetrieben wird.
Ein Regler 18, der die Funktion der Steuerung der erzeugten Leistung, Spannung, usw. aufweist, ist mit dem Generator 15 verbunden. Eine Getriebewelle 11 verbindet die Wärmekraftmaschine mit einer ersten Eingangswelle eines allgemein beim Bezugszeichen 40 bezeichneten und nachstehend ausführlicher beschriebenen Planetengetriebes, das die Maschine mit der allgemein beim Bezugszeichen 31 bezeichneten Transmission über eine Ausgangswelle 30 des Planetengetriebes 40 selbst verbindet.
Die Welle 11 ist in zwei Teile 11a und 11b geteilt, die durch eine Kupplung 16 miteinander verbunden sind, die ermöglicht, die Wärmekraftmaschine 10 von der Transmission auszukuppeln, wann immer es notwendig ist. Abtriebsseitig von der Kupplung 16 befindet sich ein Freilauf 13, der es dem Teil 11b der Welle 11 ermöglicht, nur in Drehrichtung der Wärmekraftmaschine zu rotieren, und eine Bremse 14, die eine Rotation des Teils 11b der Welle 11 in jeder Richtung verhindert, wenn die Kupplung 16 ausgerückt ist. Der Freilauf 13 könnte auch weggelassen werden.
Mit einer zweiten Eingangswelle des Planetengetriebes 40 ist über die Welle 21 ein elektrischer Antriebsmotor 20 eines der bekannten Typen (Gleichstrom, Fremderregung, Permanentmagnet, synchron mit veränderlichem Widerstand, usw.) verbunden. Der Motor 20 wird durch einen Hauptregler 25 gesteuert, der zusätzlich zu seiner eigenen Funktion als Regler des Motors mit dem Regler 18, dem Drehzahlregler der Wärmekraftmaschine 10, mit Gaspedal und dem Geschwindigkeitsmesser zusammenwirkt, der die Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfaßt.
Zur Welle 21 kann eine Bremse 22 gehören, die es ermöglicht, die Welle zu sperren, wenn dies notwendig ist, um im Notfall nur die Wärmekraftmaschine zu verwenden.
Das in Fig. 1 veranschaulichte System wird durch eine Gruppe Batterien 50 komplettiert, die vom Generator 15 aufgeladen werden und die Energie zum Elektromotor 20 liefern.
Das Planetengetriebe 40 kann auf verschiedene Art und Weise verwirklicht werden. Es ist jedoch wichtig, daß es ein Planetengetriebe mit zwei Eingangswellen und einer Ausgangswelle sein sollte, wobei die Ausgangswelle mit den Antriebsrädern verbunden ist, während die Eingangswellen mit der Wärmekraftmaschine 10 bzw. dem Elektromotor 20 verbunden sind. Es ist klar, daß beim Freilauf oder Fahren bergab die Leistungseingangswelle die Getriebewelle ist und die beiden Ausgangswellen gebremst werden müssen. Darüber hinaus ist das innere Übersetzungsverhältnis so gewählt, daß sowohl die Wärmekraftmaschine 10 als auch der Motor 20 mit ihrem charakteristischen Drehmoment zur Bildung der Eingangsgröße des Antriebsdrehmoments in die Transmission 31 beitragen.
Mit anderen Worten, das Getriebe muß die Addition von Leistungsausgängen der gleichen Größenordnung, aber mit unterschiedlichen Charakteristiken ermöglichen, da die der Wärmekraftmaschine bei einer hohen Drehzahl mit niedrigem Drehmoment erzielt wird, wogegen die des Elektromotors ebenfalls bei einer niedrigen Drehzahl mit hohem Drehmoment erreicht wird.
Die Fig. 2 und 3 stellen zwei mögliche Ausführungsbeispiele des Planetengetriebes 40 dar.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist ein erstes Zahnrad 41 des Getriebes 40 auf der Welle 11b befestigt, die die Bewegung von der Wärmekraftmaschine 10 aufnimmt. Ein innerer Zahnkranz 42 ist auf der Welle 21 befestigt, die durch den Elektromotor 20 in Gang gesetzt wird. Eine Reihe von Zahnrädern 43 (von denen zwei in Fig. 2 sichtbar sind), die auf einem Planetenradträger oder Getriebezug 44 angebracht sind, kämmen mit dem Zahnrad 41 und dem Zahnkranz 42. Der Getriebezug 44 ist drehfest mit einem Zahnrad 30, das den Ausgang des Planetengetriebes 40 darstellt. Die Bewegung wird über ein Paar Zahnräder 33, 34 auf den Zahnkranz 35 übertragen, der mit dem Gehäuse eines Differentials 31 drehfest ist, deren Abtriebshalbwellen 36, 37 die Bewegung auf die Antriebsräder des Fahrzeuges übertragen.
Deshalb werden in diesem Ausführungsbeispiel die von der Maschine 10 und dem Motor 20 zugeführten Drehmomente über die sogenannten Sonnenräder des Getriebes (d. h. das Zahnrad 41 und den Zahnkranz 42) zugeführt, wobei das Sonnenrad mit kleinerem Durchmesser mit der Wärmekraftmaschine verbunden ist. Das berücksichtigt die Tatsache, daß die Wärmekraftmaschine bei einer, ein niedriges Drehmoment liefernden, größeren Winkelgeschwindigkeit arbeitet, während der Elektromotor, der ein hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl liefern kann, über das Sonnenrad mit größerem Durchmesser mit dem Getriebe verbunden ist.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist auf dem Teil 11b der Welle 11 ein Zahnrad 45 befestigt, das mit einer Reihe von Zahnrädern 46 kämmt, die auf einem mit der Welle 21 des Elektromotors 20 drehfesten Getriebeträger 47 stillstehend angebracht sind. Jedes sich auf dem Rad 45 abrollende Zahnrad 46 ist mit einem entsprechenden Zahnrad 48 drehfest, das auf einem weiteren, sich zu dem Zahnrad 45 und damit zu den beiden Wellen 11 und 21 koaxial befindlichen Zahnrad 49 abrollt. Das Zahnrad 49 ist drehfest mit dem Zahnrad 30, das die Bewegung über die Räder 33, 34 auf das Differential 31 in einer dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ähnlichen Art und Weise überträgt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird daher das durch die Wärmekraftmaschine 10 gelieferte Drehmoment in diesem Fall ebenfalls dem Getriebe 40 über ein Sonnenrad mit kleinem Durchmesser zugeführt, während das Drehmoment des Elektromotors 20 über den Getriebeträger 47 zugeführt wird. Die Bewegung, die eine Ausgangsgröße ist, wird durch das zweite Sonnenrad 49 aufgenommen. Dieser Zustand wird jedoch erfüllt, wobei das niedrige Drehmoment der Wärmekraftmaschine (bei hoher Drehzahl zugeführt) über ein mit hoher Drehzahl rotierendes Rad mit kleinem Durchmesser zugeführt wird, während das mit niedriger Betriebsdrehzahl durch den Elektromotor 20 zugeführte hohe Drehmoment durch ein mit niedriger Drehzahl rotierendes Bauteil (Getriebeträger) zugeführt wird.
Wie aus der Mechanik bekannt ist, werden die Drehzahlen der beiden Eingangswellen und der Abtriebswelle gemeinsam durch die Willis-Formel genannte Beziehung miteinander verknüpft, die im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist:
wobei
K das innere Übersetzungsverhältnis des Getriebes ist, welches das Getriebe kennzeichnet und das von dessen Geometrie abhängig ist,
N&sub1;&sub1; die Drehzahl der Welle 11,
N&sub2;&sub1; die Drehzahl der Welle 21,
N&sub3;&sub0; die Drehzahl der Welle 30 ist.
Darüber hinaus sind die Drehmomente auf die drei Wellen durch folgende Beziehungen miteinander verknüpft:
wobei
C&sub1;&sub1; das durch die Welle 11 übertragene Drehmoment,
C&sub2;&sub1; das durch die Welle 21 übertragene Drehmoment,
C&sub3;&sub0; das durch die Welle 30 übertragene Drehmoment ist.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 kann die Willis-Formel wie folgt geschrieben werden:
wobei in diesem Fall y das innere Übersetzungsverhältnis des Getriebes ist.
Es kann gezeigt werden, daß die beiden Ausführungsbeispiele des Getriebes äquivalent sind und deshalb die Beziehungen (2) und (3) zwischen den Drehmomenten immer gültig sind, wenn:
ist.
Aus den Gleichungen (1), (2) und (3) ergibt sich, daß die Drehzahl der Welle 30 und damit (im Grunde genommen) die Geschwindigkeit des Fahrzeuges verändert werden kann, indem die Drehzahl sowohl der Antriebswellen 21 als auch der Welle 11 verändert wird. Da die Wärmekraftmaschine 10 innerhalb eines feststehenden Bereiches (oder in einer begrenzten Anzahl vorbestimmter Geschwindigkeitsbereiche) arbeitet, wird eine Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit für jeden Drehzahlbereich der Wärmekraftmaschine 10 erreicht, indem die Drehzahl des Elektromotors 21 verändert wird. Darüber hinaus wird die Verteilung der durch die Maschine 10 und den Motor 20 gelieferten Drehmomente durch das Getriebeverhältnis bestimmt, da das Widerstandsmoment auf die Antriebsräder des Fahrzeuges und daher auf die Abtriebswelle 30 des Getriebes 40 unveränderlich ist. Aus diesem Grund ist es notwendig, ein Verhältnis K zu wählen, das es ermöglicht, das niedrige Drehmoment der Wärmekraftmaschine und das hohe Drehmoment des Elektromotors auszunutzen.
Da das von der Wärmekraftmaschine 10 gelieferte Drehmoment (innerhalb eines festen Betriebsbereiches) konstant ist, wird eine Anpassung des an das Planetengetriebe 40 der Wärmekraftmaschine 10 gelieferten Drehmomentes C&sub1;&sub1; durch Veränderung des Stromverbrauchs des Generators 15 erzielt.
Schließlich muß der Elektromotor 20 seinerseits eine veränderliche Ausgangsleistung liefern, die vom Drehmoment C&sub1;&sub1; (das eine Funktion des Widerstandsmomentes C&sub3;&sub0; ist) und von der Drehzahl N&sub2;&sub1; (die eine Funktion der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges ist) abhängig ist.
Nach dieser Erwähnung können die folgenden Erläuterungen gemacht werden, die die Funktion des oben beschriebenen Hybridantriebsystems betreffen:

Funktion ausschließlich in elektrischer Betriebsart

In dieser Betriebsart ist die Kupplung 16 ausgerückt, und die Bremse 14 verhindert eine Rotation der Welle 11b. Der Elektromotor 20 gewährleistet sowohl die Antriebskraft bei Vorwärts- und Rückwärtsfahrt, indem seine eigene Drehrichtung umgekehrt wird, als auch eine Wiedergewinnung von Energie beim Freilauf oder Fahren bergab. Eine Rückwärtsbewegung ist nur in der elektrischen Betriebsart oder im Reihenhybridmodus möglich, wenn sich die Wärmekraftmaschine 10 in Betrieb befindet.

Betrieb im Hybridmodus

Im Hybridmodus ist der Zyklusbeginn nach dem Starten des Fahrzeugs ähnlich der elektrischen Betriebsart, wobei die Kupplung 16 ausgerückt ist und die Bremse 14 betätigt wird. Bei einer Betätigung des Gaspedals startet das Fahrzeug mit dem Elektromotor allein, und die Wärmekraftmaschine (falls sie nicht bereits läuft) wird gestartet und läuft mit einer Drehzahl in der Nähe der Leerlaufdrehzahl, bei der die Batterien aufgeladen werden. Diese Betriebsart entspricht dem normalen Reihenhybridbetrieb.
Wenn das Fahrzeug eine vorgegebene Geschwindigkeit in der Größenordnung von 15 bis 25 km/h erreicht, rückt der Regler 25 die Kupplung 16 ein und löst die Bremse 14. Somit beginnt die Welle 11b zu rotieren, und wenn vorausgesetzt wird, daß beim Manövrieren die Geschwindigkeit des Fahrzeuges anfänglich konstant ist, werden die Umdrehungen des Elektromotors proportional reduziert, wenn die Kupplung 16 einrückt, da ein Teil der Bewegung jetzt durch die Wärmekraftmaschine 10 auf das Getriebe 40 aufgebracht wird. Das System arbeitet nunmehr im Parallelhybridmodus.
Bei weiterem Druck auf das Gaspedal beschleunigt das Fahrzeug wegen der Drehzahlerhöhung des Elektromotors 20, wobei die Drehzahl der Wärmekraftmaschine 10 konstant bleiben muß.
Nach dem Erreichen einer höheren Geschwindigkeit wird die Wärmekraftmaschine 10 beschleunigt und wechselt aus dem vorhergehenden Betriebsbereich in einen neuen Betriebsbereich mit höherer Drehzahl. Das kann sowohl zu einer Abnahme der Drehzahl des Elektromotors 20 als auch zu einer Geschwindigkeitszunahme des Fahrzeuges führen. Dieser Übergang der Wärmekraftmaschine 10 in einen höheren Drehzahlbereich mit entsprechender Verringerung der Drehzahl des Elektromotors kann mehrere Male wiederholt werden, bis in jedem Fall höhere Fahrzeuggeschwindigkeiten erreicht werden, wobei die Notwendigkeit zur Regelung der Wärmekraftmaschine in zwei oder mehreren Drehzahlstufen unter anderem von den Eigenschaften des Fahrzeuges und der erforderlichen Leistung unter dem Aspekt einer Verringerung von Luftverunreinigungen abhängig ist.
Wir wollen voraussetzen, daß das Fahrzeug eine Steigung mit einer stufenweise zunehmenden Steilheit bewältigen muß: Das Steuersystem wird die Erregung des Elektromotors 20 erhöhen und die des Generators 15 reduzieren, um einen größeren Prozentsatz des Drehmomentes der Wärmekraftmaschine 10 auf das Planetengetriebe 40 zu übertragen.
Wenn bei völlig entregtem Generator 15 die Steilheit der Steigung weiter zunehmen sollte (und sich deshalb mit anderen Worten das Drehmoment C&sub3;&sub0; erhöhen sollte), greift das Steuersystem ein, verringert die Drehzahl des Elektromotors 20, um das Fahrzeug zu verlangsamen und somit das erforderliche Drehmoment zu verringern. Wenn sich das Fahrzeug über einen bestimmten Geschwindigkeitswert hinaus verlangsamt, wird die umgekehrte Reihenfolge von Funktionen bezüglich der für die Beschleunigung beschriebenen ausgeführt, und die Wärmekraftmaschine durchläuft einen niedrigeren Drehzahlbereich, wobei sie ein größeres Drehmoment liefert. Wenn dieses nicht ausreichend genug ist, weil die Steilheit immer noch zunimmt, wird die Drehzahl weiter reduziert, bis bei einer bestimmten Steilheit der Betrieb im Parallelhybridmodus nicht länger möglich ist. Infolgedessen wird die Kupplung 16 ausgerückt, die Bremse 14 betätigt, und das Fahrzeug bewegt sich im Reihenhybridmodus vorwärts, wobei die gesamte durch den Elektromotor 20 zugeführte Leistung und die Leistung der Wärmekraftmaschine 10 auf den Generator 15 übertragen wird, der den Elektromotor 20 versorgt und/oder die Batterien 50 auflädt.
Alle oben beschriebenen Funktionen werden wie erwähnt durch den Regler 25 auf der Basis von Signalen gesteuert, die von den Bauteilen des Antriebssystems aufgenommen werden (Drehzahl von Maschine und Motor sowie erzeugtes Drehmoment, Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs) wie ebenso die vom Fahrer aufgenommenen Befehle (Beschleunigung und Bewegungsumkehrung).
Die hauptsächlichen Vorteile des oben beschriebenen Hybridantriebsystems sind wie folgt:
- größerer Wirkungsgrad, geringerer Verbrauch und reduzierte Emissionshöhen im Vergleich zu Reihenhybrid-Antriebssystemen, da ein Teil der Wärmeenergie über das Planetengetriebe direkt auf die Räder ohne Durchlauf über elektrische Bauteile und Batterien, mechanisch übertragen wird;
- niedrigere Emissionshöhen im Vergleich zu Parallelhybridsystemen, da die Wärmekraftmaschine in einem oder einer sehr kleinen Anzahl feststehender Drehzahlbereiche (zwei oder drei) mit fast keinen Übergängen läuft;
- Elektromotor, der kleiner, leichter und wirtschaftlicher ist im Vergleich zum Reihenhybrid(antriebsystem), da er nur einen Teil der erforderlichen Leistung lie fern muß, wobei der andere Teil direkt durch die Wärmekraftmaschine mechanisch zugeführt wird;
- Wegfall einer Drehzahländerungseinheit, die in herkömmlichen Reihen- und Parallelhybridsystemen erforderlich ist.

Claims

1. Hybridantriebsystem für Fahrzeuge, mit

- einer Wärmekraftmaschine (10);

- einer Transmission (31) zum Übertragen der von dem System gelieferten Leistung auf die Räder des Fahrzeuges;

- einem elektrischen Generator (15), der ständig mit der Wärmekraftmaschine (10) verbunden und von ihr angetrieben ist, wobei der elektrische Generator (15) an eine Speichereinrichtung (50) zum Speichern der vom elektrischen Generator erzeugten elektrischen Energie angeschlossen ist;

- einem Elektromotor (20), der elektrisch mit der Speichereinrichtung (50) verbunden ist;

- einem Planetengetriebe (40) mit einer ersten und einer zweiten Antriebswelle (11b, 21) und einer Abtriebswelle (30), wobei die Wärmekraftmaschine (10) und der Elektromotor (20) mit der ersten bzw. zweiten Antriebswelle (11b, 21) verbunden sind; wobei die Wärmekraftmaschine (10) mit der ersten Antriebswelle (11b) des Planetengetriebes (40) über eine Kupplung (16) und eine zwischen der Kupplung und dem Planetengetriebe (40) angeordnete Bremse (14) verbunden ist, wobei das Auskuppeln der Kupplung und das Blockieren der Bremse (14) bewirkt, daß das System allein im elektrischen Modus arbeitet, in welchem die Wärmekraftmaschine außer Betrieb ist und die gesamte Leistung dem Elektromotor durch die Speichereinrichtung zugeführt wird, oder im Reihenhybridmodus, in welchem die Wärmekraftmaschine (10) Leistung an den Elektromotor (20) über den elektrischen Generator (15) liefert; und wobei das Einkuppeln der Kupplung und das Freigeben der Bremse (14) bewirkt, daß das System im Parallelhybridmodus arbeitet, in welchem der elektrische Generator (15) die Speichereinrichtung (50) auflädt und die Wärmekraftmaschine (10) und der Elektromotor (20) in Kombination Leistung an die Transmission (31) liefern.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Planetengetriebes (40) so gewählt ist, daß es eine Kombination des von der Wärmekraftmaschine (10) bei einer hohen Drehzahl gelieferten niedrigen Drehmoments mit dem von dem Elektromotor (20) bei niedriger Drehzahl gelieferten hohen Drehmoment ermöglicht.

3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Wärmekraftmaschine (10) verbundene Antriebswelle (11b) drehfest mit einem ersten Sonnenrad (41) des Planetengetriebes (40) ist, daß die mit dem Elektromotor (20) verbundene Antriebswelle (21) drehfest mit einem zweiten Sonnenrad (42) des Planetengetriebes (40) ist, und daß die Abtriebswelle (30) mit dem Planetenradträger (40) des Planetengetriebes verbunden ist.

4. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Wärmekraftmaschine (10) verbundene Antriebswelle (11b) drehfest mit einem ersten Sonnenrad (45) des Planetengetriebes (40) ist, daß die mit dem Elektromotor (20) verbundene Antriebswelle (21) drehfest mit dem Planetenradträger (47) des Planetengetriebes (40) ist, und daß die Abtriebswelle (30) mit einem zweiten Sonnenrad (49) des Planetengetriebes (40) verbünden ist.

5. Antriebssystem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bremseinrichtung an der den Elektromotor (20) mit dem Planetengetriebe (40) verbindenden Welle (21) vorgesehen ist, wobei ein Blockieren der Bremseinrichtung bewirkt, daß die Wärmekraftmaschine alleine das Antriebsdrehmoment an die Transmission liefert.

6. Antriebssystem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektromotor (20) ein elektronischer Regler (25) zugeordnet ist, der in Abhängigkeit von empfangenen Befehlen, vom Fahrzustand des Fahrzeugs und von der Drehzahl der Wärmekraftmaschine (10) und des Generators (15) den Elektromotor (20) so steuert, daß dieser in der einen oder anderen Drehrichtung bei dem gewünschten Drehmoment und der gewünschten Drehzahl arbeitet oder als ein Stromgenerator arbeitet.

7. Antriebssystem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Generator (15) von einem elektronischen Regler (18) gesteuert ist, der die Funktion eines Gleichrichters, eines Spannungsreglers und einer Steuerung für die elektrische Ausgangsleistung hat.

8. Antriebssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmekraftmaschine (10) mit einer Drehzahlregeleinrichtung versehen ist, die von dem Regler (25) des Elektromotors (20) gesteuert wird.

9. Antriebssystem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmekraftmaschine (10) so gesteuert ist, daß sie in einer vorgegebenen Anzahl von drehzahlstabilen Zuständen arbeitet, wobei in jedem drehzahlstabilen Zustand die Wärmekraftmaschine mit konstanter Drehzahl läuft, wobei in jedem der vorgege nenen Anzahl von drehzahlstabilen Zuständen der Wärmekraftmaschine die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs durch Verändern der Drehzahl des Elektromotors (20) gesteuert wird, und wenn die Wärmekraftmaschine von einer niedrigen zu einer höheren Drehzahl umschaltet, die Drehzahl des Elektromotors (20) zeitweilig herabgesetzt wird, oder umgekehrt.