[发明专利]具有电动转换器和操纵杆的无轨车辆

说明书

本发明涉及一种无轨车辆，其中至少有一个驱动车轮与一个电动机相连，由内燃发动机驱动的发电机所产生的电流经能量分配器按控制单元产生的控制信号所给定的分量输送给电动机，所述的控制单元操纵杆获得一个行驶信号，该信号至少代表操纵杆的位置。

无轨车辆特指小客车和载货车。迄今为止这种车辆通常由内燃发动机驱动。内燃发动机具有的扭矩/转数特性曲线只在特定的转数范围内具备相对较强的最大扭矩，而在高转数区和特别是在低转数区内的扭矩则要大大减少。

发动机的功率由扭矩和转数的乘积计算。为使车辆尽可能快地加速，必须将最大可用功率传递给驱动轮。当车辆的发动机工作在低转数区时，则在节气门处在最大开启状态时只会产生相对较慢的加速度，因为可支配功率太小。通过切换到低挡位可以提高加速功率，因为在低挡位上可以实现高转数，从而产生较高的功率。实际上所有的内燃发动机车辆都配备有手动或自动变速器，以充分利用发动机的有效功率。

对于主要用于有轨车辆，特别是火车机车的电力驱动而言，其优点是，和内燃发动机相比功率受转数的影响很弱。因此在所有的情况下均可在电力驱动中省去变速器。

也有人考虑用直接连接在车轮上的一台或若干台电动机来驱动无轨车辆，特别是小客车、载货车和大轿车。电动机所需 的电能由内燃发动机-发电机机组通过一个由大功率电子线路组成的能量分配器供给。这种混合式发动机有一系列优点，除了可以省掉手动或自动变速器外，用电动机直接驱动车轮还可以使电动机在车辆滑行或制动时作为发动机运行，以将所发出的电力用于取暖或其他目的。

有人曾建议在内燃发动机驱动的车辆中设置一个飞轮作为能量存储器。这样就可以使内燃发动机始终在最佳运行状态下运转，例如在最有利的单位燃油消耗区运转。与内燃发动机相连的发电机将电能提供给驱动电动机。当车辆加速时可从飞轮中取出附加的能量。在制动过程中作为发电机工作的电动机产生的能量被送入飞轮作为机械能储存起来。

然而迄今为止所提出的关于在车辆中设置带发电机的内燃发动机和相应的驱动电动机的建议在实际中只实现了一部分。

德国专利公开说明书DE4000678A1中公开的无轨车辆包括一个内燃发动机、一个可以充放电的飞轮蓄能器;至少一个电动机和一个由控制单元操纵的大功率电子电能分配器。电动机由能量分配器取自发电机和/或飞轮蓄能器提供的电力驱动。电子控制单元使内燃发动机按照飞轮蓄能器的充能状况或者以怠速转数（蓄能器完全充满）运行，或者以第二种转数（蓄能器还末充满）运行，其中第二种转数按一些最佳参数点（如燃油消耗、有害物质排放量）选择其数值。

上述具有电动转换器的车辆方案在节约能源、环境保护和其他的要求方面做了许多承诺。但问题是这种车辆在使用中要求驾驶员要从习惯的内燃发动机车辆转换到某种电动车辆方式。而电动机驱动会使车辆的行驶性能非常接近于纯电力驱动方式。

本发明的任务是提供一种上述类型的无轨车辆，它可通过操纵杆，特别是行驶踏板的运动正确地传递驾驶员的要求并采取相应措施，让驾驶员的要求转换成为一个功率状况，使车辆达到驾驶员所要求的行驶状态。

上述任务的解决方案是具有权利要求1所述特征的车辆。这种车辆的特征是，具有一个能量存储器，它经能量分配器与电动机和发电机电气耦合，控制单元将行驶信号加工成内燃发动机的控制信号，使内燃发动机产生相应于操纵杆位置的功率或者保持该功率运行，另外控制单元还根据操纵杆运动的速度和/或加速度产生控制信号，以便从能量存储器中取出能量，从而至少达到：

a）内燃发动机最佳地被加速到一个新的运行点和/或

b）车辆最大限度地被加速和/或

c）在内燃发动机全功率运行的条件下再提高车辆的最高速度。

本发明还建议，行驶信号，特别是操纵杆（行驶踏板）的各个角度位置均代表特定的驱动功率，该功率基本上要由内燃发动机提供。随着操作行驶踏板，驾驶员便发出了某种功率要求。所要求的功率和踏板位置之间的特性曲线最好是非线性的，其初始区要比较平缓，以便在低速行驶时易于调节功率。