(57)【要約】  車両用ハイブリッド駆動システムであって、燃焼動力機械（２）と、ジェネレータ（６）と、電気モータ（１０）と、電気的なエネルギー流を制御するための制御可能な変換器装置（１４）を介してジェネレータ及び電気モータと接続されている電気的なエネルギー蓄積器（１６）と、燃焼動力機械とジェネレータと電気モータと車両（１２）との間の機械的な接続を確立するための接続装置（４、８、１０；２４；２６）と、エネルギー蓄積器の充電状態及び車両の駆動出力要求に依存して変換器装置及び接続装置を制御するための制御装置（１８）とを含んでいるハイブリッド駆動システムにおいて、電気モータ駆動だけでも走行され得る稼動領域内で燃焼動力機械（２）がＥＳＶＬ／（ＧｘＢｘＭ）よりも小さい燃料消費率を用いて稼動可能である場合、燃焼動力機械が車両の駆動のためだけに使用されるように、制御装置（１８）が変換器装置（１４）及び場合により接続装置（４、８、１０；２４；２６）を制御し、ここで、ＥＳＶＬとは有効な燃料消費率を表しこの燃料消費率を用い、電気的なエネルギー蓄積器内にあるエネルギーの充電時にジェネレータが駆動されたものであり、Ｇとは効率を表しこの効率を用い、ジェネレータが機械的な駆動出力を電気的な出力に変換し、Ｂとは効率を表しこの効率を用い、ジェネレータ内に生成された電気的な出力がエネルギーとして電気的なエネルギー蓄積器内に蓄積され、駆動モータに供給可能であり、そして、Ｍとは効率を表しこの効率を用い、駆動モータ内で電気的なエネルギーが機械的なエネルギーに変換可能である。【選択図】図３
2007512167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用ハイブリッド駆動システムであって、
燃焼動力機械（２）と、
ジェネレータ（６）と、
電気モータ（１０）と、
電気的なエネルギー流を制御するための制御可能な変換器装置（１４）を介してジェネレータ及び電気モータと接続されている電気的なエネルギー蓄積器（１６）と、
燃焼動力機械とジェネレータと電気モータと車両（１２）との間の機械的な接続を確立するための接続装置（４、８、１０；２４；２６）と、
エネルギー蓄積器の充電状態及び車両の駆動出力要求に依存して変換器装置及び接続装置を制御するための制御装置（１８）と
を含んでいるハイブリッド駆動システムにおいて、
電気モータ駆動だけでも走行され得る稼動領域内で燃焼動力機械（２）がＥＳＶＬ／（ＧｘＢｘＭ）よりも小さい燃料消費率ＥＳＶＥを用いて稼動可能である場合、燃焼動力機械が車両の駆動のためだけに使用されるように、制御装置（１８）が変換器装置（１４）及び場合により接続装置（４、８、１０；２４；２６）を制御し、ここで、
ＥＳＶＬとは有効な燃料消費率を表しこの燃料消費率を用い、電気的なエネルギー蓄積器内にあるエネルギーの充電時にジェネレータが駆動されたものであり、
Ｇとは効率を表しこの効率を用い、ジェネレータが機械的な駆動出力を電気的な出力に変換し、
Ｂとは効率を表しこの効率を用い、ジェネレータ内に生成された電気的な出力がエネルギーとして電気的なエネルギー蓄積器内に蓄積され、駆動モータに供給可能であり、そして、
Ｍとは効率を表しこの効率を用い、駆動モータ内で電気的なエネルギーが機械的なエネルギーに変換可能である
ことを特徴とするハイブリッド駆動システム。
【請求項２】
車両用ハイブリッド駆動システムであって、
燃焼動力機械（２）と、
ジェネレータ（６）と、
電気モータ（１０）と、
電気的なエネルギー流を制御するための制御可能な変換器装置（１４）を介してジェネレータ及び電気モータと接続されている電気的なエネルギー蓄積器（１６）と、
燃焼動力機械とジェネレータと電気モータと車両（１２）との間の機械的な接続を確立するための接続装置（４、８、１０；２４；２６）と、
エネルギー蓄積器の充電状態及び車両の駆動出力要求に依存して変換器装置及び接続装置を制御するための制御装置（１８）と
を含んでいるハイブリッド駆動システムにおいて、
車両のその都度の駆動出力要求がＥＳＶＬ／（ＧｘＢｘＭ）よりも大きい燃料消費率を用いてのみ燃焼動力機械（２）により提供され得る場合、少なくともバッテリー（１６）がフルの場合に車両が電気モータ（１０；２２）によってのみ駆動されるように、制御装置（１８）が変換器装置（１４）及び場合により接続装置（４、８、１０；２４；２６）を制御し、ここで、
ＥＳＶＬとは有効な燃料消費率を表しこの燃料消費率を用い、電気的なエネルギー蓄積器内にあるエネルギーの充電時にジェネレータが駆動されたものであり、
Ｇとは効率を表しこの効率を用い、ジェネレータが機械的な駆動出力を電気的な出力に変換し、
Ｂとは効率を表しこの効率を用い、ジェネレータ内に生成された電気的な出力がエネルギーとして電気的なエネルギー蓄積器内に蓄積され、駆動モータに供給可能であり、そして、
Ｍとは効率を表しこの効率を用い、駆動モータ内で電気的なエネルギーが機械的なエネルギーに変換可能である
ことを特徴とするハイブリッド駆動システム。
【請求項３】
車両用ハイブリッド駆動システムであって、
燃焼動力機械（２）と、
ジェネレータ（６）と、
電気モータ（１０）と、
電気的なエネルギー流を制御するための制御可能な変換器装置（１４）を介してジェネレータ及び電気モータと接続されている電気的なエネルギー蓄積器（１６）と、
燃焼動力機械とジェネレータと電気モータと車両（１２）との間の機械的な接続を確立するための接続装置（４、８、１０；２４；２６）と、
エネルギー蓄積器の充電状態及び車両の駆動出力要求に依存して変換器装置及び接続装置を制御するための制御装置（１８）と
を含んでいるハイブリッド駆動システムにおいて、
電気的なエネルギー蓄積器（１６）の所定の充電状態を下回らないように、及び、エネルギー蓄積器の充電状態が低下している場合にエネルギー蓄積器が、燃焼動力機械により駆動されるジェネレータ（６）により、燃焼動力機械の燃料消費率が最小の燃料消費率よりもいちだんと高い稼動領域内で燃焼動力機械が走行する場合にも充電されるように、制御装置（１８）が変換器装置（１４）及び場合により接続装置（４、８、１０；２４；２６）を制御することを特徴とするハイブリッド駆動システム。
【請求項４】
車両用ハイブリッド駆動システムであって、
燃焼動力機械（２）と、
ジェネレータ（６）と、
電気モータ（１０）と、
電気的なエネルギー流を制御するための制御可能な変換器装置（１４）を介してジェネレータ及び電気モータと接続されている電気的なエネルギー蓄積器（１６）と、
燃焼動力機械とジェネレータと電気モータと車両（１２）との間の機械的な接続を確立するための接続装置（４、８、１０；２４；２６）と、
エネルギー蓄積器の充電状態及び車両の駆動出力要求に依存して変換器装置及び接続装置を制御するための制御装置（１８）と
を含んでいるハイブリッド駆動システムにおいて、
ジェネレータ及び場合により追加的に車両を駆動する燃焼動力機械が、エネルギー蓄積器の充電状態がより高いほどより小さい燃料消費率を有する稼動点において走行するように、エネルギー蓄積器（１６）が充電されるよう、制御装置（１８）が変換器装置（１４）及び場合により接続装置（４、８、１０；２４；２６）を制御することを特徴とするハイブリッド駆動システム。
【請求項５】
エネルギー蓄積器（１６）の充電時にジェネレータ（６；２０；２２）ができるだけその定格出力の近くへ、必要な出力アウトプットに対応して最低限可能な燃料消費率で走行する燃焼動力機械（２）により駆動されるように、制御装置（１８）がシステムを制御することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動システム。
【請求項６】
制御装置（１８）が、
燃焼動力機械（２）の出力及び回転数に依存して燃焼動力機械の燃料消費率を提示する燃費特性マップを記憶するための記憶装置と、
ＥＳＶＥの各々の値が記憶されている他の記憶装置と、
計算装置であって、車両の現在の駆動出力要求、現在の車両速度、及び燃焼動力機械と車両との間の使用可能なギヤレシオから、最小の燃料消費率であってこの燃料消費率を用い、目下の駆動出力要求により燃料動力機械が車両を駆動し得るという最小の燃料消費率を計算する計算装置と
を含んでいることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動システム。
【請求項７】
制御装置（１８）が、エネルギー蓄積器（１６）の充電状態を検出するための充電状態認識部を含んでいて、充電状態が所定の値の下に低下した場合にはジェネレータ（６；２０；２２）を駆動するために燃焼動力機械を制御することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動システム。
【請求項８】
車両の駆動出力要求が駆動モータ（１０；２２）の定格出力の下方にある場合、その際に燃焼動力機械（２）がＥＳＶＥの現在の値の下に位置する燃料消費率を用いて作動する場合には、制御装置（１８）が、車両及びジェネレータ（６；２０）を駆動するために燃焼動力機械を制御することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動システム。
【請求項９】
制御装置（１８）が、予め設定可能な道程に沿った車両の駆動出力要求を記憶することのできる記憶装置と、結果として生じる燃費の最小化のもと、予め設定された道程に沿って生じるハイブリッド駆動システムの稼動形式を決定する計算装置とを含んでいることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動システム。
【請求項１０】
燃焼動力機械（２）の最大出力が、持続最大速度における車両の駆動出力要求に少なくとも対応していることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動システム。
【請求項１１】
ジェネレータ定格駆動出力が、所定の燃料消費率でこの際に最低限可能な回転数をもって燃焼動力機械（２）が放出する出力に対応するような出力であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動システム。
【請求項１２】
燃焼動力機械（２）がその最低限許容し得る負荷回転数をもって最大に放出する出力にジェネレータ駆動出力が少なくとも対応していることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動システム。
【請求項１３】
モータ定格出力が、ＢとＭの積と乗算されたジェネレータ定格出力と少なくともほぼ同じ大きさであることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動システム。
【請求項１４】
燃焼動力機械（２）が、第１クラッチ（４）を介し、モータ及びジェネレータとして稼動可能な電気機械（６）と接続されていて、この電気機械（６）が、第２クラッチ（８）を介し、変更可能なギヤレシオを有するトランスミッション（１０）と接続されていて、このトランスミッション（１０）が車両の駆動軸と接続されていて、更に制御装置（１８）が、燃焼動力機械（２）の始動を、第２クラッチ（８）が閉じられている場合、第１クラッチ（４）の閉鎖を介し、次の措置の少なくとも１つが行なわれるように制御すること、
−  第１クラッチ（４）の閉鎖中、追加的な駆動モーメントを用いて電気機械（６）を稼動すること、
−  第２クラッチ（８）を滑らせながら開放すること、及び、追加的な駆動モーメントを用いて電気的な機械（６）を稼動し、両方のクラッチ（４、８）を引き続いて閉鎖すること、
−  第１クラッチ（４）の閉鎖中、トランスミッション（１０）のギヤレシオを小さくすること
を特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動システム。
【請求項１５】
燃焼動力機械（２）が、第１クラッチ（４）を介し、モータ及びジェネレータとして稼動可能な電気機械（６）と接続されていて、この電気機械（６）が、第２クラッチ（８）を介し、連続的に変更可能なギヤレシオを有するトランスミッション（１０）と接続されていて、このトランスミッション（１０）が車両の駆動軸と接続されていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動システム。
【請求項１６】
燃焼動力機械（２）がツーストローク燃焼動力機械であることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１〜４の前提部に従う自動車（即ちモータビークル）用ハイブリッド駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に関してより良い環境共存性の重要度が増しているため、そのような形式のハイブリッド駆動システムは重要になっている。ハイブリッド駆動システムは、特に高い燃料消費率を伴う領域内での燃焼動力機械の稼動を回避することを可能にする。そのような稼動領域は、道程に関連した高い燃費とも、高い有害物質放出とも結び付いている。
【０００３】
そのような形式のハイブリッド駆動システムは、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４から知られている。
【０００４】
【特許文献１】ＤＥ２９４３５５４Ａ１
【特許文献２】実開平２−７７０２
【特許文献３】ＷＯ００／１５４５５
【特許文献４】ＵＳ５９３４３９５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の基礎を成す課題は、冒頭に掲げた形式のハイブリッド駆動システムをその環境共存性が改善されているように更に開発することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題の解決策は、各々独立請求項である請求項１〜４に記載した構成要件により達成される。請求項１に従うハイブリッド駆動システムの形成により、バッテリーがフルの場合、燃焼動力機械が次の場合にだけ車両の駆動のために使用されることが保証される。即ち、車両の駆動時、燃焼動力機械が、有効な燃料消費率よりも小さい燃料消費率を伴う稼動点で走行する場合であり、その有効な燃料消費率は、車両が電気モータで駆動され且ついかにエネルギー蓄積器が充電されたかが考慮される場合に得られる。
【０００７】
請求項２に従うハイブリッド駆動システムにより、その都度の駆動出力が燃焼動力機械によってより経済的には提供され得ない場合にだけ、車両が電気モータにより駆動されることが保証されている。
【０００８】
請求項３及び／又は４の構成要件により、電気的なエネルギー蓄積器ができるだけ良い有効な燃料消費率で再充電されることが保証されている。
【０００９】
下位請求項は、本発明に従うハイブリッド駆動システムの有利な実施形態及び更なる構成に向けられている。
【００１０】
請求項５の構成要件により、電気的なエネルギー蓄積器の再充電がその都度、燃焼動力機械のできるだけ僅かな燃費で行なわれることが保証される。
【００１１】
請求項６の構成要件は、車両がその都度できるだけ僅かな有効な燃費で駆動され得るような制御装置の基本的な形成を特徴付けている。
【００１２】
請求項７の構成要件により、エネルギー蓄積器がその都度、十分に大きなエネルギー残量を含んでいて、このエネルギー残量が少なくとも燃焼動力機械の確実な始動をエネルギー蓄積器から可能にするということが保証され得る。
【００１３】
請求項８の構成要件により、所定の稼動状態、例えばエネルギー蓄積器がまだ十分にフルであるとき、追加的にエネルギー蓄積器内に蓄積されるエネルギーがまだエネルギー蓄積器内にあるエネルギーよりもより良い効率で生成される場合にだけ再充電されることが達成される。
【００１４】
請求項９の構成要件により、ハイブリッドシステムの稼動方法が、反復して走行される所定の道程に対し、この道程が最小の燃費で走行されるように適合可能であることが達成される。
【００１５】
請求項１０〜１３は、有利な方式でハイブリッド駆動システムのコンポーネントの寸法決定に向けられている。
【００１６】
請求項１４は、ハイブリッド駆動システムの特に簡単な実施形態における燃焼動力機械の始動の可能性に向けられている。
【００１７】
請求項１５は、ハイブリッド駆動システムの特に有利で且つ簡単な実施形態に向けられている。
【００１８】
請求項１６に従い、本発明に従うハイブリッド駆動システムには長所をもってツーストローク燃焼動力機械が使用され得て、その理由は、ツーストローク方法が問題を伴っている稼動領域内で燃焼動力機械の稼動が回避され得るためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に本発明を図面に基づき例をもって及び他の詳細と共に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１はオットー機関（火花点火機関）の出力・燃費特性マップを図示している。縦座標上には出力Ｎが例えば全出力のパーセントで、又は特殊な例として間接的にｋＷで示されている。横座標は燃焼動力機械の回転数をｍｉｎ−１で示す。鎖線で示されていて貝殻状の曲線は同じ燃料消費率（ｇ／ｋＷｈ）の曲線であり、この際、１００は最小の燃料消費率（最善点）を示し、他の数値は、最善点に関連付けられ、各々の燃料消費率を示している。第２の縦座標上には、例としての車両がその都度の駆動出力において平坦な道路上で到達する速度が示されている。ディーゼルエンジンの特性マップは原則的に類似するが、燃費増加はさほど大きくない。
【００２１】
以下、燃焼動力機械が、ジェネレータと、電気的な駆動モータと、電気的なエネルギー蓄積器、例えばバッテリーと共に車両内に組み込まれていると仮定する。この際、ジェネレータと駆動モータは１つの電気機械に統合され得る。燃焼動力機械は車両及び／又はジェネレータの駆動のために使用され得て、電気的な駆動モータは車両の駆動のために単独で又は燃焼動力機械と共同で使用され得る。ジェネレータは燃焼動力機械を用いたその駆動時に電気的なエネルギーを電気的なエネルギー蓄積器、例えばバッテリーへと提供する。電気的な駆動モータはバッテリーから及び／又は場合により間接的にジェネレータにより電力供給される。内燃機関と車両との間のギヤレシオ、並びに内燃機関とジェネレータと駆動モータとジェネレータとの間のギヤレシオは、有利には対応的なトランスミッションの使用により広範囲に渡って設定可能であり、同様に燃焼動力機械は車両及び／又はジェネレータと任意に連結可能であり、駆動モータは車両と任意に連結可能である。
【００２２】
更に、ジェネレータがほぼ２０ｋＷの機械的な駆動出力のために設計されていると仮定し、この際、この機械的な出力は燃焼動力機械により１２００ｍｉｎ−１の回転数でほぼ１２０という最善の燃料消費率をもって生成され得る。この稼動点は図１内でＡをもって示されている。
【００２３】
更に、ジェネレータが０.９５の効率Ｇをもち、駆動モータが同様に０.９５の効率Ｍをもち、バッテリーが０.８５の充電／放電効率Ｂ（全ての変換器損失及びオーム損失を含めて）をもつと仮定する。
【００２４】
前記の仮定のもと、有効な燃料消費率は次のようなＥＳＶＥという数値をとる。即ち、このＥＳＶＥを用い、車両は、稼動点Ａで走行する燃焼動力機械により及びジェネレータの単独の駆動により生成されてバッテリー内に蓄積され且つバッテリーから再び取り出される電気的なエネルギーを用いて駆動され得る  Ａ／（ＢｘＧｘＭ）＝１５６。燃焼動力機械が１５６の燃料消費率で走行するラインは図１内で２点鎖線を用いて示されている（曲線ｃ）。
【００２５】
従ってバッテリーがフルの場合、燃焼動力機械を用いて車両を駆動することは非経済的であり、燃焼動力機械が１５６よりも高い燃料消費率で走行すると直ちに、即ち前提であるが、電気的な駆動システム（バッテリー及び電気モータ）が、必要とされる機械的な駆動出力を上記の効率で提供し得る。
【００２６】
図１のグラフから更に見てとれるように、燃焼動力機械は、その回転数に依存せず、ＥＳＶＥよりも良い燃料消費率をもって１２ｋＷ（曲線ｃの最小値Ｓ）よりも少ない出力を提供することはできない。従って、斜線で覆われた領域は、電気的なエネルギー蓄積器がフルの場合、燃焼動力機械による車両の駆動のためには完全に除外される、即ち、電気的なエネルギー蓄積器がフルの場合、ほぼ７０ｋｍ／ｈに至るまで平坦な道路上での一定の速度が電気的な駆動モータの駆動のもとでのみ走行される。
【００２７】
エネルギー蓄積器がフルの場合、１２ｋＷよりも大きい推進出力が必要とされると直ちに、燃焼動力機械がその際に曲線ｃの上方の特性マップ点で稼動され得る場合に燃焼動力機械を使ってその推進出力を生成することは経済的である。
【００２８】
例えば加速や傾斜部の走行のために追加的な推進出力が要求されている場合、燃焼動力機械がＥＳＶＥよりも明らかに良い燃料消費率で作動することによって燃焼動力機械が１つの作動点へと制御される。出力が十分でないと電気モータの駆動モーメントが連結され得る。
【００２９】
前述の条件は、バッテリー内に蓄積されているエネルギーが稼動点Ａで走行する燃焼動力機械により生成された場合にあてはまる。エネルギー蓄積器或いはバッテリーが再充電され得る場合には状況が変化する。
【００３０】
図１から見てとれるように、例えば５ｋＷで回転数が１２００ｍｉｎ−１である推進出力要求（点Ｖ）の場合、燃焼動力機械は、２０ｋＷの駆動出力を有するジェネレータの追加的な駆動により稼動点Ａ’へともたらされ得て、そこでは燃焼動力機械が１１５よりも少ない燃料消費率で２５ｋＷを生成する。つまりジェネレータ負荷が考えられる場合、たとえ必要とされる推進出力が僅かであっても燃焼動力機械を車両の推進のために利用することは合目的であり、これは、燃焼動力機械がその際に稼動点Ａにおけるよりも僅かな燃料消費率で走行することを前提としている。もしもバッテリーが、稼動点Ａ’で走行する燃焼動力機械により再充電されるのであれば、車両は電気的に有効な燃料消費率ＥＳＶＥ＝Ａ’／（ＢｘＧｘＭ）＝１２６で稼動され得る。
【００３１】
前述の記載から分かるように、バッテリーがフルの場合には一般的に次のことが合目的である。即ち、燃焼動力機械が、ＥＳＶＥ＝ＥＳＶＬ／（ＢｘＧｘＭ）よりも小さい燃料消費率を伴い、電気モータによる駆動だけでも走行され得る稼動領域内にいる場合にだけ、燃焼動力機械を車両の駆動のためだけに使用することであり、この際、ＥＳＶＬとは有効な或いは中間的な（平均的な）燃料消費率であり、この燃料消費率を用い、ジェネレータの駆動エネルギーがバッテリーの充電のために生成されたものである。ＥＳＶＬがジェネレータを用いた車両の制動時のエネルギー回生により低下されることは明らかである。
【００３２】
効率の観点においては次のことが合目的である。即ち、ジェネレータ及び場合により車両を駆動する燃焼動力機械がほぼ３２００ｍｉｎ−１で最大出力のほぼ７５％の出力を伴う（図示例内の）時点において走行する場合にバッテリーを再充電することである。このことは、ジェネレータの定格駆動出力及び車両の必要な駆動出力に応じ、限られた走行状態においてだけ可能である。ジェネレータの定格駆動出力は、駆動出力であってこの駆動出力においてジェネレータがその定格出力を電気的な出力として放出するという駆動出力、即ち駆動出力であってこの駆動出力に対し、ジェネレータ、及び直流／交流・変換器のようなそれに後置されている電気的なシステム、更には電気的な配線及びバッテリーが設計されているという駆動出力のことである。一般的に定格出力は、システムが明らかなオーム損失を伴わずに作動するという出力に対応する。連続電流強さは例えば５０Ａと１００Ａの間に位置し、この際、短期的な過負荷が可能である。図１から見てとれるように、燃焼動力機械の燃料消費率は、ジェネレータのための追加的な駆動出力により、燃焼動力機械の回転数と出力が低くなるほど強くなる。燃焼動力機械のバルブ回転時間の影響により、同じ燃料消費率の曲線を、これらの曲線が、最善点の左側で斜めに左上方に向かい且つ最善点の右側で斜めに右下方に向かい、最大の出力に通じてゆくように構成することが可能である。
【００３３】
曲線ｃはバッテリーの再充電時の燃焼動力機械の燃料消費率に依存するので、バッテリーの再充電中に燃料消費率を検知し、それから有効な燃料消費率ＥＳＶＥを算出することは合目的であり、この燃料消費率を用い、その後、バッテリーにより走行され得る。
【００３４】
必要な場合、即ち特に燃焼動力機械を始動するために、バッテリーからのエネルギーが使用可能であるためには、バッテリーの充電状態を所定の値より下に下降させないことは合目的である。有利な充電方式は、再充電が成される燃焼動力機械の燃料消費率が、バッテリー内にまだ多くのエネルギーがあるほど小さいということにある。このことが図２に示されている。
【００３５】
縦座標は燃料消費率を示し、燃焼動力機械がジェネレータと場合により追加的に車両を駆動する場合、この燃料消費率を用いて燃焼動力機械が走行する。横座標はバッテリーの充電状態を示している。記入されている直線は、湾曲された曲線でもあり得るが、再充電が成されるバッテリーのその都度の充電状態を燃料消費率に依存して示している。鎖線で記入されている例は、１１２よりも低い燃焼動力機械の燃料消費率を用いて可能である場合にだけ、７０％のバッテリーの充電状態時に再充電が成されることを意味している。そのような充電方式が、安定したスイッチング状態のために十分であるヒステリシスをもって進行されるということ、即ち、例えばアクセル操作による加速又は減速により別の負荷点への燃焼動力機械の稼動によって決定基準が侵害されているとしても、その都度の充電状態が短期的に維持されるということが分かる。車両が頻繁に所定の道程上で稼動される場合、例えば仕事への毎日の走行の際、例えば運転者により活動化される学習モードにおいて、車両の必要な駆動出力プロフィールがセンサにより検知され得て、記憶装置内に保管され得る。計算ユニットは、駆動出力／道程プロフィールと、燃焼動力機械の燃費特性マップと、車両、燃焼動力機械、ジェネレータ、及び駆動モータの間にあるギヤレシオ可能性とから、燃焼動力機械、ジェネレータ及びモータ、可能なトランスミッション及びクラッチの制御を、これらの３つのコンポーネントの合目的な使用のもと、道程が最適の燃費で走行されるように算出し、この際、周縁条件は、例えば、バッテリーが道程の最後で少なくとも十分にフルであるということであり得る。この最善化計算のために、例えば学習モードにおいて、反復して走行された道程に渡る速度経過が記憶され、それから時間的な速度経過或いは駆動出力要求及び制動出力の時間的な経過が検出される。速度経過と出力経過から、可能なギヤレシオに基づき、燃焼動力機械の走行される稼動点の経過が、ジェネレータ及び駆動モータの稼動、及びそれと共にバッテリーの充電状態を考慮し、全燃費の最適化及びバッテリー充電状態の設定のもと、走行される道程の最初と最後で算出され得る。
【００３６】
合目的には燃焼動力機械の最大出力は、燃焼動力機械が車両の持続最大速度で車両の単独の駆動に適しているように設計されなくてはならない（図示例では１８０ｋｍ／ｈで１００ｋＷ）。
【００３７】
ジェネレータに関し、その定格駆動出力を次のように設計することは合目的である。即ち、設定されている燃料消費率Ａでその際にできるだけ小さい回転数をもって燃焼動力機械が放出する最大の出力にその定格駆動出力が少なくとも対応するようにである。またジェネレータ定格駆動出力を次のように設計することは有利である。即ち、燃焼動力機械がその最小限に可能な負荷回転数をもって最大に放出する出力にこのジェネレータ定格駆動出力がほぼ対応するようにであり、図示例では１２００ｍｉｎ−１でほぼ４０ｋＷである。このようにして、例えば市街地走行において長期的に継続する僅かな推進要求時にもバッテリーが高い有効性をもって再充電され得る。より高い定格出力にジェネレータを設計することは、バッテリーをも含めて全ての電気的なシステムのより大きな設計、従ってより高価な設計を必要とするが、より迅速で且つ燃焼動力機械のより僅かな燃料消費率を用いて再充電が成され得るという長所をもつ。しかし、燃焼動力機械の追加的な負荷による燃料消費率の低減は、図１から見てとれるように、左下方から右上方に向かって減少する。
【００３８】
ジェネレータの定格負荷時にバッテリー内に供給される電流強さが、モータの定格出力のもとバッテリーから取り出される電流強さとほぼ同じ大きさであるために、電気的な駆動モータの定格出力をジェネレータの定格出力に適合させることは有利である。
【００３９】
車両の制動時にジェネレータ及び／又はモータを駆動（ジェネレータ稼動への切り替え）する場合、電気的なシステムは短期的に過負荷され得て、その結果、車両の運動エネルギーが効果的にバッテリー内に蓄積され得る。
【００４０】
次に図３〜５に基づき、例としてのハイブリッド駆動システムを説明する。これに関しては、中でも様々な制限をもった可能なギヤレシオに従っている。
【００４１】
図３は、その構造に関して特許文献１から知られているものに類似するハイブリッドシステムを示している。燃焼動力機械２は、第１クラッチ４を介し、電気機械６と接続されていて、電気機械６の方は、第２クラッチ８を介し、トランスミッション１０、有利にはオートマチックトランスミッション、好ましくは連続的に変更可能なギヤレシオを有するトランスミッション、例えばテーパーディスクコンタクトトランスミッションと接続されていて、トランスミッション１０からディファレンシャル１２が駆動可能であり、このディファレンシャル１２が車両の駆動される車輪に通じている。請求項１による接続装置は、従って両方のクラッチ４と８及びトランスミッション１０を含んでいる。
【００４２】
電気機械６はジェネレータとしてもモータとしても稼動され得て、電子的にコントロール可能な変換器ユニット１４（電圧変換器、相コントロール装置）を介し、電気的なエネルギー蓄積器１６、有利には電気化学的なバッテリー及び／又は１つ又は複数のスーパーコンデンサと接続されている。
【００４３】
燃焼動力機械２は、有利には、その質量慣性モーメントの大部分が電気機械６内に組み込まれていて、それにより燃焼動力機械２が僅かな出力で迅速に始動可能であるように設計されている。クラッチ４は簡単な連動体クラッチであり得る。クラッチ８は例えば電気的にコントロール可能なスターティングクラッチであるが、変換器として形成され得る。
【００４４】
その構成に関して周知であるコンポーネント（電気的なコンポーネントは例えば特許文献３に記載されているものに類似して構成され得る。）を制御するためにはマイクロプロセッサ及びそれに付属するメモリを装備した制御装置１８が用いられ、その入力部は、燃焼動力機械２の回転数センサ、負荷センサ、温度センサのような、詳しくは描かれていないセンサと、クラッチ４の位置を検知するためのセンサと、電気機械６の回転数を検知するためのセンサと、電気機械６とエネルギー蓄積器１６との間の電流の流れを検知するためのセンサと、クラッチ８の位置を検知するためのセンサと、トランスミッション１０のギヤレシオを検知するためのセンサと、車両の車輪回転数を検知するためのセンサと、アクセルペダルであってこのアクセルペダルを介して車両の駆動出力が大きく又は小さくされるべきであることを運転者が合図するというアクセルペダルの位置を検知するためのセンサと接続されている。制御装置１８の出力部は、燃焼動力機械２、クラッチ４と８、並びにトランスミッション１０を制御するためのアクチュエータと、電気機械６の稼動を制御するための変換器ユニット１４と接続されている。
【００４５】
その基本構造に関して説明した図３に従うハイブリッド駆動システムは簡単に組み立てられていて、十分なギヤレシオの広がりにより３０ｋｍ／ｈで１０００ｍｉｎ−１という最小の負荷回転数における車両の稼動を許容する。バッテリーは、例えば車両が静止している場合（クラッチ８が開かれている）に図１の条件に対応して再充電され得て、その結果、軽負荷稼動が純粋に電気的に可能であり、この際、３０〜４０ｋＷの定格出力に電気機械６を設計することにより対応的に高い出力が電気的に提供され得て、バッテリーは市街地走行においても１２０付近の燃料消費率で走行する燃焼動力機械により再充電され得る。ジェネレータをより強く設計することにより、より僅かな燃料消費率が可能である。従って全体的に、燃料消費率が１２０よりも高く位置する稼動領域における燃焼動力機械の稼動が回避され得る。このことは、軽負荷（市街地走行）時に２００又はむしろ３００をも超える燃料消費率で稼動される従来の車両に対し、多大な燃費節約を意味している。
【００４６】
図３に従う駆動システムの特色は、車両の駆動エネルギー要求が僅かなことにより殆ど静止状態にある燃焼動力機械２が、クラッチ４を閉じることで電気モータ６により始動されるということにあり、このことは、同時にクラッチ８が閉じられていることにより乗客に対する不快な減速と結び付いている。始動中のこの短期的な減速は、一方では、燃焼動力機械２の慣性モーメントのできるだけ大きな部分が電気機械６内に置かれることにより対抗作用され得る。追加的にこの減速は、クラッチ４の閉鎖時に電気機械６が燃焼動力機械２の短期的な所要出力に対応してより高い駆動出力で稼動されることにより及び／又は第２クラッチ８が幾らか開かれることにより電子的に排除調整され、それにより、車両を駆動する電気機械６はより速く走行し、そしてクラッチ４と８の引き続く好ましくは同時の閉鎖時に制動され、それにより、電気機械６の自由になる回転エネルギーが燃焼動力機械２の駆動のために利用され得る、及び／又はトランスミッション１０のギヤレシオが、制御装置１８により制御され、クラッチ４の閉鎖中、短期的にロングに変更され、それにより、電気機械６の自由になる回転エネルギーが燃焼動力機械２の始動のために使用可能とされる。
【００４７】
図４は、その構成に関して例えば特許文献２から知られているようなハイブリッドシステムの他の実施形態を示している。このハイブリッドシステムは２つの電気機械２０と２２を含んでいて、これらの間にクラッチ２４が配設されている。電気機械２０と２２の各々には固有の変換器ユニット１４が付設されていて、変換器ユニット１４はバッテリー１６と接続されている。ここで制御装置１８は図示されていない。
【００４８】
図４に従うシステムでは、クラッチ２４が開いている場合、燃焼動力機械２は車両の走行状態に依存せず電気機械２０により始動され得る。燃焼動力機械２の走行時、電気機械２０は好ましくはジェネレータとして作動する。電気機械２２は好ましくは駆動モータとして作動し、図示例ではトランスミッションを伴わずにディファレンシャル１２と相対回転不能に接続されている。
【００４９】
図４に従うシステムの長所は、一方における燃焼動力機械２及びジェネレータ２０と、他方における開いたクラッチ２４を介した駆動モータ２２及び車両との間の可能な連結解除のため、ジェネレータがその定格出力でこの出力に対応して最低限に可能な燃焼動力機械の燃料消費率により稼動され得るということにある。クラッチ２４が閉じている場合、燃焼動力機械２と車両との間の回転数固定式の接続のため、燃焼動力機械の回転数を、最低限に可能な燃費がジェネレータモーメント或いはジェネレータ出力を用いた燃焼動力機械の追加的に負荷により達成されるように選択するという可能性はない。２つの電気機械が設けられていることにより、極めて高い電気的な駆動出力が短期的に使用可能とされ得て、変換器ユニット１４とバッテリー１６が短期的な過負荷を許容するのであれば、車両の極めて高い制動が両方の電気機械の同時のジェネレータ稼動により達成され得る。図４に従うシステムにおいて、ジェネレータとしても稼動可能なモータ２２と車両との間にトランスミッションが配設され得ることは明らかである。
【００５０】
その構成に関して特許文献４から知られているような図５に従うシステムでは、燃焼動力機械２が、全体として符号２６で示されている遊星歯車装置の遊星枠（プラネットキャリア）と接続されていて、その太陽歯車（サンギヤ）は第１電気機械２０と接続されていて、その輪歯車（リングギヤ）は第２電気機械２２のロータを形成し、またその輪歯車はディファレンシャル１２と相対回転不能に接続されている。電気機械に付設されている変換器ユニット及び制御装置は図示されていない。電気機械２０は好ましくはジェネレータとして稼動される。電気機械２２は好ましくはモータとして稼動される。
【００５１】
様々な稼動形式が可能である。電気機械２０が空転（アイドリング）している場合、太陽歯車は自由回転し得て、燃焼動力機械２は車両推進又は電気機械２０の稼動に対して決して影響を及ぼさない。車両は電気機械２２により単独で駆動される。
【００５２】
第２電気機械２２が自由走行している場合、第１電気機械２０がジェネレータとして走行しているのであれば燃焼動力機械２は車両を駆動するだけであり、その結果、太陽歯車は自由回転することができない。ジェネレータと車両駆動に対する燃焼動力機械２の出力の配分は、ジェネレータ或いは第１電気機械２０の所要出力に依存する。同じことが、輪歯車の回転数、従って車両の速度にあてはまる。
【００５３】
他のモードでは燃焼動力機械２と第２電気機械２２が車両を駆動し、それに対し、第１電気機械２０がジェネレータとして作動する。全体として、図５に従うシステムは制御技術的に比較的手間と費用がかかる。燃焼動力機械２の始動も制御技術的に手間と費用がかかり、その理由は燃焼動力機械２の所要出力が車両の推進に対する作用をもち、これが排除調整されなくてはならないためである。
【００５４】
前述のハイブリッドシステムはあくまでも例であり、多岐に渡り変形及び補足が可能である。例えば図５の遊星歯車装置はアクスルディファレンシャルに類似するディファレンシャル歯車装置により置換され得る。例として説明されたこれらのハイブリッドシステムは、僅かな出力及び僅かな負荷の領域内の燃焼動力機械の稼動が回避され得るということを可能にする。それにより有利には、それらの構成に関し、従来の使用では僅かな負荷と僅かな回転数において特に排出ガスの問題をもっている極めて簡単なツーストローク機械が使用され得る。更に燃焼動力機械は、制御時間の適切な影響（可変のバルブオーバーラップ、可変のバルブ伝動装置）により及び全負荷リッチ化がないことにより、図１に従う貝殻状曲線が最善点の下では各々右下方から左上方に向かって全負荷ラインに入り込み、最善点の上では左下方から右上方に向かうように構成され得て、その結果、一定の回転数において出力の上昇と同時に各々低減された燃料消費率が現れる。
【００５５】
次に図６に基づき、制御装置１８が例として作動するフローチャートを説明する：
【００５６】
第１ステップ５０では、燃焼動力機械の稼動状態と、１つ或いは複数の電気機械の稼動状態と、アクセルペダル位置とに基づき、車両の必要な駆動出力が検出される。ステップ５２ではバッテリーがフルであるかどうかが確定される。バッテリーがフルの場合にはステップ５４で図１のグラフに基づき最低限可能な回転数が検出され、この回転数により燃焼動力機械が、その都度に可能なギヤレシオの考慮のもと、必要な出力を提供するために走行し得る。その後、ステップ５６では、ステップ５０、５４の条件のもと、燃焼動力機械の燃料消費率が検出される。ステップ５８では燃料消費率ＶＢＫＭ（BKM:燃焼動力機械）が、バッテリーから走行させることのできる有効な燃料消費率ＥＳＶＥよりも大きいかどうかが検出される。燃料消費率ＶＢＫＭが有効な燃料消費率ＥＳＶＥよりも大きい場合には、ステップ６０で、電気的な稼動が可能かどうか、即ち出力が電気的に提供され得るかどうかが検出される。出力が電気的に提供される場合には、ステップ６２で電気的な推進に切り替えられる。ステップ５８又はステップ６０の基準が存在しない場合には燃焼動力機械の駆動のもと走行される（ステップ６４）。
【００５７】
ステップ５２で、バッテリーが再充電され得ることが確定されると、ステップ６６で、ステップ５０で検出された出力が、与えられている可能なギヤ比のもと、燃焼動力機械の全負荷出力よりも小さいかどうかが確定される。ステップ５０で検出された出力が燃焼動力機械の全負荷出力よりも小さい場合には、ステップ６８で最低限可能な回転数が検出され、この回転数のもと、燃焼動力機械が、ジェネレータの定格出力を加えてステップ５０で必要な出力を生成し得る。ステップ７０で、ステップ６６、６８の条件のもと、燃料消費率が検出される。ステップ５０における出力が全負荷出力の下方に十分に離れて位置していることがステップ６６で検出されるはずであることが明らかで、その結果、ステップ６８は有意義に実行され得る。ステップ７０の後、システムは、ジェネレータを使ったバッテリーの追加的な充電のもと、内燃機関駆動に切り替える。ステップ７０で検出された燃料消費率は制御装置に供給され、この制御装置にはジェネレータにより生成された出力も供給され、その結果、燃料消費率ＥＳＶＬが検出され得て、この燃料消費率ＥＳＶＬを用い、バッテリー内にあるエネルギーが生成される。
【００５８】
ステップ６６で「ｎｏ」が確定されると、ステップ７４で、ステップ５０に従う出力が、ほぼ、その都度の回転数における全負荷出力の領域内に位置するかどうかが検査される。ステップ５０に従う出力が、ほぼ、その都度の回転数における全負荷出力の領域内に位置する場合には、ステップ７６で燃焼動力機械だけによる駆動に切り替えられる。
【００５９】
ステップ７４で「ｎｏ」が確定されると、このことは、燃焼動力機械による駆動に追加し、電気的な駆動が必要であることを意味し、その結果、ステップ７８で両方の駆動種類が活動化される。
【００６０】
図６に従うフローチャートはあくまでも例であり、ハイブリッド駆動コンセプトに応じ、様々な変形が可能であることは明らかである。
【００６１】
全体として、本発明を用い、いかにハイブリッド駆動システムにより車両の燃費が非常に強く低下されるかという方式が示される。燃費低下は、燃焼動力機械が、主に走行される部分負荷稼動で必要な車両の駆動出力に比べてより強いほど、より大きい。有利には制御装置１８内に組み込まれている充電状態認識部は、例えば、バッテリー内にあるエネルギーが、ジェネレータによりバッテリー内に充電されたエネルギーと、モータによりバッテリーから取り出されたエネルギーとのその都度の差から検出されるという原理、又は、直接的にバッテリーの電流清算（カレントバランス）が検出されるという原理により作動し得る。バッテリーの構造形式に応じ、バッテリーの最大充電と最小充電が適合され得る。
【００６２】
本発明に従うハイブリッドシステムの上記の構成要件は、様々な方式で互いに組み合わされ得る。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】燃費特性マップを示す図であり、この燃費特性マップに基づき、本発明に従うハイブリッド駆動システムが説明される。
【図２】有利な充電方式を説明するためのグラフを示す図である。
【図３】構成に関して周知のハイブリッド駆動システムの例を示す図である。
【図４】構成に関して周知のハイブリッド駆動システムの例を示す図である。
【図５】構成に関して周知のハイブリッド駆動システムの例を示す図である。
【図６】本発明に従うシステムにおける例としての機能を説明するためのフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
２    燃焼動力機械
４    第１クラッチ
６    電気機械
８    第２クラッチ
１０    トランスミッション（変速機）
１２    ディファレンシャル（差動装置）
１４    変換器ユニット
１６    エネルギー蓄積器
１８    制御装置
２０    電気機械
２２    電気機械
２４    クラッチ
２６    遊星歯車装置
【図１】
2007512167.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2007512167.tif 000009
2007512167.tif 000010
2007512167.tif 000011
2007512167.tif 000012
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