Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.

Insbesondere bei Antriebssystemen, die einen Verbrennungs- motor als Antriebsaggregat haben, treten i.a. Ungleichfor¬ migkeiten in der Drehung der Triebwelle des Verbrennungs¬ motors auf, welche in erster Linie von den Gas- und Massen¬ kräften des Verbrennungsmotors herrühren. Derartige Dreh¬ ungleichförmigkeiten können den Fahrkomfort beeinträchtigen und zum Verschleiß des Antriebssystems sowie anderer Teile z.B. eines Kraftfahrzeugs führen.

Es wurde daher bereits vorgeschlagen, einen Verbrennungs¬ motor eines Kraftfahrzeugs mit einem System zur aktiven Verringerung von Drehungleichförmigkeiten auszustatten. Die Wirkung eines solchen Systems beruht darauf, daß eine elek¬ trische Maschine oder eine elektrische Bremse ein wechseln¬ des oder auch nur in einer Richtung pulsierendes Drehmoment erzeugt, welches den Drehungleichförmigkeiten entgegenge- richtet ist und diese dadurch mindert. Beispiele solcher Systeme offenbaren Patent Abstracts of Japan, Band 11, Nr. 28 (M-557), 27. Januar 1987 & JP-A-61 200 333 (NISSAN I) ,

ERSATZBLAπ (REGEL 26)

Patent Abstracts of Japan, Band 4, Nr. 29 (M-002) , 14. März 1980 & JP-A-55 005 454 (TOYOTA) , EP-B-0 427 568 (ISUZU) , DE-A-32 30 607 (VW) , EP-B-0 175 952 und US-A-4 699 097 (MAZDA), Patent Abstracts of Japan, Band 7, Nr. 240 (M- 251) , 25. Oktober 1983 & JP-A-58 126 434 (NISSAN II) , DE-A- 41 00 937 (FICHTEL & SACHS) , EP-A-0 604 979 (NIPPONDENSO) , EP-A-0 385 311 (NISSAN/HITACHI) , EP-A-0 338 485 (HITACHI) und US-A-5 109 815 (HITACHI II) .

Es wird folgender fernliegender Stand der Technik genannt: DE-B-43 91 898, DE-A-27 04 533, EP-A-0 437 266, DE-A-44 37 322, DE-A-40 11 291, DE-A-32 43 513, DE-A-38 14 484, DE-A- 33 38 548, DE-B-44 08 719, DE-A-39 37 082.

Bei entsprechend ausgerüsteten Antriebssystemen ist also eine aktive Verringerung von Drehungleichförmigkeiten grundsätzlich möglich.

Die Erfindung geht von dem technischen Problem aus, solche Antriebsysteme weiterzubilden und/oder zu vereinfachen.

Sie löst dieses Problem mit einem Antriebssystem, insbeson¬ dere für eine Kraftfahrzeug, mit einem Antriebsaggregat, insbesondere einem Verbren- nungsmotor, und wenigstens einer auf das Antriebsaggregat, und zwar insbesondere dessen Triebwelle oder einer damit gekop¬ pelten oder koppelbaren Welle wirkenden elektrischen Maschine zur aktiven Verringerung von Drehungleichför- migkeiten, wobei wenigstens ein Sensor des Antriebssystems und/oder wenigstens eine aus Sensorinformation abgeleitete Größe sowohl der Steuerung des Antriebsaggregats als auch der Steuerung der elektrischen Maschine dient, und/oder wobei eine für die Steuerung der elektrischen Maschine oder des Antriebsaggregats zuständige Steuereinrichtung auch das Antriebsaggregat bzw. die elektrische Maschine teilweise

oder ganz steuert (Anspruch 1) . Die Begriffe "Steuerung" und "steuern" werden hier in einem weiten Sinn verstanden, der neben "Steuerung" und "steuern" im engen Sinn ("ohne Rückkopplung") auch "Regelung" und "regeln" ("mit Rückkopp- lung") umfaßt.

Bei den Drehungleichförmigkeiten kann es sich insbesondere um solche handeln, die bei einem Verbrennungsmotor, ins¬ besondere einem Hubkolbenmotor mit innerer Verbrennung, durch die auf die Triebwelle (d.h. insbesondere die Kur¬ belwelle) wirkenden Gas- und Massenkräfte der einzelnen Hubkolben auftreten. Beispielsweise treten bei einem Vier¬ zylinder-Viertaktmotor relativ große Drehungleichförmig¬ keiten in der zweiten Ordnung (d.h. dem zweifachen der Drehfrequenz des Motors) auf. Daneben gibt es Drehungleich¬ förmigkeiten bei höheren Ordnungen sowie stochastisch auf¬ tretende Ungleichformigkeiten. Bei dem Verbrennungsmotor kann es sich z.B. um einen Zweitakt- oder Viertaktmotor mit gerader Zylinderzahl (z.B. 2, 4, 8, 10, 12 Zylinder usw.) oder ungerader Zylinderzahl (1, 3, 5, 7, 9, 11 usw. Zylin¬ der) handeln (der z.B. nach dem Otto- oder dem Dieselprin¬ zip arbeitet) . Grundsätzlich kann es sich auch um einen andersartigen Verbrennungsmotor, wie z.B. einen Hubkolben¬ motor mit äußerer Verbrennung (sog. Stirling-Motor) han- dein. Eine andere Möglichkeit ist ein Kreiskolbenmotor (z.B. ein Wankelmotor), bei dem zumindest die Gaskräfte zu Drehungleichförmigkeiten führen können. Daneben kommen Tur¬ binen, insbesondere Gas- oder Dampfturbinen in Frage. Bei ihnen sind die Drehungleichförmigkeiten im allgemeinen zwar nur klein; für bestimmte Anwendungen kann es jedoch auch bei ihnen auf besonders guten Rundlauf ankommen.

Die Drehungleichförmigkeiten müssen aber nicht (ausschlie߬ lich) von dem Antriebsaggregat (z.B. eines Kraftfahrzeugs, Schienenfahrzeugs oder Schiffes) herrühren. Es kann sich vielmehr auch um Drehungleichförmigkeiten handeln, die in einem Antriebsstrang - also zwischen dem Antriebsaggregat

und dem Abtriebspunkt entstehen, etwa durch Kardangelenke, räumliche Wellenschwingungen oder Getriebeverschleiß.

Das Antriebssystem kann auch mit mehreren elektrischen Maschinen zur aktiven Verringerung von Drehungleichförmig¬ keiten ausgerüstet sein, z.B. könnte bei einem Kraftfahr¬ zeug eine erste Maschine direkt auf die Triebwelle des An¬ triebsaggregats wirken, während eine zweite Maschine ab¬ wärts einer Kupplung, z.B. zwischen Kupplung und Getriebe zum Verringern von Drehungleichförmigkeiten des Trieb¬ strangs dient.

Eine "elektrische Maschine" ist jede Art von Maschine für Rotationsbewegungen, die sowohl als elektrischer Motor wie auch als elektrische Bremse, ggf. als Generator betrieben werden kann.

Grundsätzlich kann die Kopplung der elektrischen Maschine mit dem Antriebsaggregat mittelbar sein, z.B. über ein Getriebe. Vorzugsweise handelt es sich jedoch um eine di¬ rekte Kopplung, bei der z.B. der Läufer der elektrischen Maschine - ähnlich einem Schwungrad - unmittelbar auf der Triebwelle des Antriebsaggregats oder einer ggf. koppel¬ baren Verlängerung dieser Welle sitzt.

Während bei dem eingangs zitierten Stand der Technik das Drehungleichförmigkeits-Verringerungssystem als vom An¬ triebsaggregat unabhängiges Zusatzsystem konzipiert ist, lehrt die Erfindung stattdessen, eines oder mehrere Ele- mente des Antriebssystems gemeinsam zur Steuerung der bei¬ den Teilsysteme, also des Antriebsaggregats und der elek¬ trischen Maschine zu nutzen. Auch eine Getriebesteuerung, etwa eines automatischen Getriebes, wird hier der An¬ triebsaggregat-Steuerung zugerechnet. Die gemeinsame Nut- zung von Steuerelementen bezieht sich also auch auf das Paar "elektrische Maschine - Getriebe".

Bei dem gemeinsam genutzten Element kann es sich einerseits um einen Sensor (z.B. einen (Kurbel-)Wellenwinkel-Sensor oder eine Drehmomentmeßeinrichtung) und/oder um aus Sen¬ sorinformation abgeleitete Größen (z.B. eine daraus abge- leitete Drehgeschwindigkeit bzw. Drehmomentänderung) han¬ deln, die gemeinsam gesonderten Steuereinrichtungen für das Antriebsaggregat und die elektrische Maschine zugeordnet sind. Andererseits kann es sich hierbei auch um eine Steu¬ ereinrichtung selbst handeln, welche für die Steuerung der elektrischen Maschine oder des Antriebsaggregats zuständig ist und daneben auch das Antriebsaggregat bzw. die elek¬ trische Maschine teilweise oder ganz steuert. Selbstver¬ ständlich ist es auch möglich, diese beiden Aspekte gemein¬ samer Nutzung miteinander zu vereinen, d.h. wenigstens einen Sensor bzw. eine aus Sensorinformation abgeleitete Größe und eine Steuereinrichtung gemeinsam für die Steue¬ rung der elektrischen Maschine und des Antriebsaggregats zu nutzen.

Die Tatsache, daß die beiden Teilsysteme völlig unter¬ schiedliche Funktionen haben, scheint zunächst für deren unabhängige Steuerung zu sprechen, wie es im Stand der Technik vorgeschlagen wird. Die erfindungsgemäße gemeinsame Nutzung beruht demgegenüber auf der Erkenntnis, daß auf- grund der völlig unterschiedlichen Anforderungen an die beiden Teilsysteme manche Sensoren bzw. aus Sensorinforma¬ tion abgeleitete Größen des einen Teilsystems genauer und/- oder schneller als die des anderen arbeiten müssen, sowie daß die Steuereinrichtung eines der beiden Teilsysteme i.a. des einen Teilsystems zumindest hinsichtlich mancher Steu¬ eraufgaben genauer und schneller arbeitet als die des ande¬ ren Teilsystems. Beispielsweise kann zur Drehungleichför- migkeits-Verringerung ein sehr hochauflösender Kurbelwel- lenwinkelsensor bereitstehen, von dem schnell und genau der momentane Triebwellenwinkel und ggf. auch die momentane Drehgeschwindigkeit abgeleitet wird; die Verwendung dieser Steuerelemente kann bei der Antriebsaggregatsteuerung (z.B.

Steuerung des Zünd- und/oder Einspritzbeginn-Zeitpunkts) vorteilhaft sein. Entsprechendes gilt, wenn beispielsweise eines der Teilsysteme eine sehr leistungsfähige und schnel¬ le Steuer- bzw. Regeleinrichtung, z.B. in Form eines Hoch- leistungscomputer-Systems aufweist. Zum Beispiel kann eine sehr hochfrequente Steuereinrichtung der elektrischen Ma¬ schine zu einem Geschwindigkeitszuwachs in der Steuerung bzw. Regelung des Antriebsaggregats führen. Ferner kann es - falls in einem oder beiden Teilsystemen eine Steuerung auf (rückgekoppelter) Regelung beruht - bei unabhängiger Steuerung der beiden Teilsysteme in bestimmten Fällen zu Steuerinterferenzen und -Instabilitäten kommen, was durch die gemeinsame Steuerung vermieden wird.

Das erfindungsgemäße Antriebssystem hat somit folgende Vorteile: es erlaubt eine genauere und schnellere Steuerung; es hilft, Steuerinterferenzen und -Instabilitäten zu vermeiden; und - es vereinfacht das Gesamtsystem und führt so zu einer

Kosteneinsparung und Reduzierung von Störquellen.

Vorzugsweise mißt der gemeinsam genutzte Sensor eine ödere mehrere der folgenden Größen und/oder ist die aus Sensor- information abgeleitete, gemeinsam genutzte Größe eine der folgenden Größen: Triebwellen-Winkelstellung, -Drehzahl, -Winkelbeschleunigung, Lastzustand, Temperatur, Abgaszusam¬ mensetzung, Verbrennungsluftmenge bzw. -masse, Drosselklap¬ penstellung, Kraftstoffmenge, Einspritzzeitpunkt, Gasdruck, jeweils des Antriebsaggregats; zum Antrieb der elektrischen Maschine dienender Strom, Zwischenkreisspannung, Frequenz, Phase, Schaltzustände von Wechselrichterschaltern, jeweils des Wechselrichters (falls vorhanden) ; Winkelstellung, Drehzahl, Winkelbeschleunigung, Drehmoment, jeweils der elektrischen Maschine; Geschwindigkeit, Längs- und Querbe¬ schleunigung, jeweils des Fahrzeugs; Drehzahl der Getrie- beabtriebswelle; Winkelstellung, Drehzahl, Winkelbeschleu-

nigung, jeweils eines oder mehrerer Fahrzeugräder; Schlupf eines oder mehrerer Antriebsräder; Zylinderabschalt- und/oder -anschaltsignal (Anspruch 2) . Aus den elektrischen Größen Strom, Zwischenkreisspannung Frequenz, Phase, und/- oder aus Schaltzuständen von Wechselrichterschaltern kann ohne weitere Sensoren auf den momentanen Fluß, das momenta¬ ne Drehmoment und die momentane Drehzahl geschlossen wer¬ den.

Die gemeinsame Steuerung der beiden Teilsysteme braucht nicht etwa permanent vorzuliegen. Es kann vielmehr vorteil¬ haft sein, daß die für die Steuerung der elektrischen Ma¬ schine bzw. des Antriebsaggregatε zuständige Steuereinrich¬ tung das Antriebsaggregat bzw. die elektrische Maschine nur während bestimmter Betriebszustände teilweise oder ganz steuert (Anspruch 3) . Wenn beispielsweise im Leerlaufbe¬ trieb des Antriebsaggregats eine Antriebsaggregat-Steuer¬ einrichtung die Leerlaufdrehzahl durch rückgekoppelte Rege¬ lung konstant zu halten sucht und gleichzeitig die elek- trische Maschine zur Drehungleichförmigkeits-Verringerung wechselnde Drehmomente auf die Triebwelle ausübt, kann es zu Regelinterferenzen kommen. Läßt man hingegen die für die elektrische Maschine zuständige Steuereinrichtung auch die Steuerung der Leerlaufdrehzahl des Antriebsaggregats über- nehmen (oder umgekehrt) , so kann man derartige Steuerin¬ terferenzen ausschließen. In anderen Betriebszuständen jenseits des Leerlaufbetriebs kann die Steuerung der beiden Teilsysteme hingegen getrennt durchgeführt werden.

Die für die Steuerung der elektrischen Maschine zuständige Steuereinrichtung ist i.a. - insbesondere wenn sie einen Wechselrichter ansteuert - sehr schnell und leistungsfähig und kann daher vorteilhaft eine oder mehrere der folgenden Steueraufgaben zur Steuerung (oder auch rückgekoppelten Regelung) des Antriebsaggregats teilweise oder ganz über¬ nehmen: Drehzahlsteuerung (inbesondere im Leerlauf) , Kraft¬ stoffzufuhrsteuerung, Drosselklappensteuerung (insbesondere

im Leerlauf) , Kraftstoffeinspritz-Steuerung, Zündungssteue- rung, Ventilsteuerung (bei Motoren mit verstellbaren Ven¬ tilsteuerzeiten oder elektromagnetisch betätigten Venti¬ len) , Kühlungssteuerung (z.B. bei Antriebssystemen mit hohem Kuhlmitteltemperaturniveau (z.B. 130° C) und aktiver Kühlung), Abgasreinigungssteuerung (z.B. Lambdasteuerung) , Abgasrückführungssteuerung, Klopfregelung, Ladedruckrege¬ lung, Zylinderabschaltung, Start-Stop-Steuerung, Getriebe¬ steuerung (Anspruch 4) .

Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, daß die für die Steuerung des Antriebsaggregats zuständige Steuereinrich¬ tung eine oder mehrere der folgenden Steueraufgaben zur Steuerung der elektrischen Maschine teilweise oder ganz übernimmt: Drehmomentsteuerung, direkte oder indirekte Ansteuerung von Wechselrichter-Schaltern (bei wechselrich¬ tergesteuerter elektrischer Maschine) , Steuerung einer Starterfunktion (falls die elektrische Maschine auch als Starter fungiert) , Steuerung einer Zusatzdrehmoment-Funk- tion, insbesondere Generatorfunktion (falls die elektrische Maschine auch als Generator fungiert) oder einer elektroma¬ gnetischen Kupplungs- und/oder Synchronisierungsfunktion (falls die elektrische Maschinen diese Funktionen ausführt) (Anspruch 5) .

Diese beiden Möglichkeiten sind im übrigen in dem Grenzfall deckungsgleich, in dem eine gemeinsame Steuereinrichtung die gesamte Steuerung sowohl des Antriebsaggregats als auch der elektrischen Maschine übernimmt.

Vorteilhaft ist die elektrische Maschine eine Dreh- oder Wanderfeldmaschine (Anspruch 6) . Unter "Drehfeldmaschine" wird - im Gegensatz zu einer Stromwendermaschine - eine Maschine verstanden, in der ein magnetisches Drehfeld auf- tritt. Hierbei kann es sich z.B. um eine Asynchron- oder Synchronmaschine, insbesondere für Dreiphasenstrom, oder um eine Maschine mit elektronischer Kommutierung handeln. Bei

einer Drehfeldmaschine überstreicht das magnetische Feld einen vollen 360 °-Grad-Umlauf, bei einer Wanderfeldmaschine hingegen nur einen oder mehrere Ausschnitte hiervon. Bei der Wanderfeldmaschine kann es sich also z.B. um eine Asyn- chron- oder Synchronmaschine handeln, deren Ständer sich nur über einen oder mehrere Sektoren des Läufers erstreckt - ähnlich einem bzw. mehreren gekrümmten Linearmotor(en) .

Das Antriebssystem weiεt vorzugsweise wenigstens einen Wechselrichter zum Erzeugen der für die magnetischen Felder der elektrischen Maschine benötigten Spannungen und/oder Ströme variabler Frequenz, Amplitude und/oder Phase auf (Anspruch 7) . Der Wechselrichter kann die für die magneti¬ schen Felder (insb. Dreh- bzw. Wanderfelder) benötigten Spannungen und/oder Ströme mit (innerhalb gewisser Grenzen) frei wählbarer Frequenz, Amplitude oder Phase oder beliebi¬ ger Kombinationen dieser Größen erzeugen. Er kann dies vorteilhaft mit Hilfe elektronischer Schalter aus einer vorgegebenen Gleich- oder Wechselspannung oder einem vor- gegebenen Gleich- oder Wechselstrom tun (sog. Pulswechsel¬ richter) . Besonders vorteilhaft sind alle drei Größen - Frequenz, Amplitude und Phase - frei wählbar. Ein Wechsel¬ richterantrieb hat u.a. den Vorteil, mit hoher Variabilität bei unterschiedlichsten Betriebszuständen und verschieden- artigsten Drehungleichförmigkeiten diese effektiv verrin¬ gern und in vielen Fällen praktisch vollständig unterdrük- ken zu können und einfach eine ggf. gewünschte Überlagerung eines Zusatz-Drehmoments mit gewünschter Stärke herbeifüh¬ ren zu können.

Grundsätzlich kann die die elektrische Maschine so gesteu¬ ert werden, daß sie entweder nur Drehungleichförmigkeiten zum Schnellen hin (sog. positive Drehungleichförmigkeiten) oder zum Langsamen hin (sog. negative Drehungleichförmig- keiten) entgegenwirkt. Besonders wirksam ist jedoch eine Betriebsweise, bei der sie sowohl negativen als auch posi¬ tiven Drehungleichförmigkeiten entgegenwirkt (Anspruch 8) .

Dabei wird die elektrische Maschine vorzugsweise so gesteu¬ ert, daß sie zur Drehungleichförmigkeits-Veringerung ein schnell alternierendes, und zwar bei einer positiven Dre¬ hungleichförmigkeit ein bremsendes und bei einer negativen Drehungleichförmigkeit ein antreibendes Drehmoment erzeugt, dem sie vorteilhaft zur zusätzlichen Erzielung einer an¬ treibenden Wirkung oder einer bremsenden oder generatori¬ schen Wirkung zumindest zeitweise ein positives bzw. nega¬ tives Drehmoment überlagern kann (Anspruch 9) . Bei Ausge- staltungen, bei denen die elektrische Maschine außerdem als elektromagnetische Kupplung wirkt, kann an die Stelle des schnell alternierend bremsenden und antreibenden Drehmo¬ ments ein schnell variierend größerer und kleinerer Kupp¬ lungsschlupf treten.

Unter einer "schnellen Variation" wird eine Variation im Frequenzbereich der zu verringernden Drehungleichförmigkei¬ ten verstanden, also z.B. bei der Drehungleichförmigkeit der 2. Ordnung und bei einer Drehzahl von 3000 min ^"1 eine Variation mit einer Frequenz von 100 Hz. Demgegenüber vari¬ iert das ggf. überlagerte Zusatz-Drehmoment - abgesehen von möglicherweise steilen Flanken am Anfang oder Ende der Überlagerung - im allgemeinen langsam oder ist konstant.

Durch die (insbesondere additive) Überlagerung des Zusatz- Drehmoments in der gewünschten Richtung und Stärke sind die Drehungleichförmigkeits-Verringerung und die Zusatz-Dreh- momenterzeugung voneinander entkoppelt. Das schnell vari¬ ierende Drehmoment wird in seinem Verlauf durch die Über- lagerung praktisch nicht verändert, nur gegenüber der Nul- linie verschoben. Ausnahmsweise verändert sich das schnell variierende Drehmoment nur dann, falls der Verbrennungs¬ motor aufgrund der mit der Zuschaltung des Zusatz-Drehmo¬ ments einhergehenden Laständerung tätsächlich geänderte Drehungleichförmigkeiten zeigt.

Falls das momentan gelieferte Zusatz-Drehmoment kleiner als die momentane Amplitude des Wechsel-Drehmoments ist, zeigt das Gesamt-Drehmoment der elektrischen Maschine - wenn auch gegenüber der Nullinie verschoben - abwechselnd positive und negative Werte. Falls es hingegen größer ist, ist das Gesamt-Drehmoment nur positiv oder negativ, wobei dessen Betrag einen schnell variierenden Anteil enthält. Ein brem¬ sendes Zusatz-Drehmoment kann dazu dienen, daß die elek¬ trische Maschine den Kupplungsschlupf verringert, eine bremsende Synchronisier-Funktion ausübt, als Generator zur Stromversorgung fungiert und/oder eine Bremsung des Fahr¬ zeugs herbeiführt oder unterstützt und/oder etwa im Rahmen einer Antriebs-Schlupf-Regelung durch Bremsen den Schlupf eines Antriebsrads verringert. Die bei Anwenden dieser Bremsfunktionen generatorisch gewonnene Bremsenergie (Zu¬ satzdrehmoment-Bremsenergie) kann - wie die von Drehung¬ leichförmigkeiten herrührende - gespeichert werden (z.B. in einem elektrischen Speicher oder in einem Schwungradspei¬ cher) und als Antriebsenergie wiederverwendet oder in ein Netz oder z.B. die Fahrzeugbatterie eingespeist werden. Ein antreibendes Zusatz-Drehmoment kann einer beschleunigenden Synchronisierfunktion dienen oder eine Beschleunigung des Fahrzeugs unterstützen (die elektrische Maschine wirkt dann als "Booster") oder herbeiführen, beispielsweise um Be- schleunigungslöcher, etwa bei einem Turbolader-Motor, zu füllen.

Um einen möglichst hohen Gesamtwirkungsgrad des Antriebs¬ systems zu erzielen, wird vorteilhaft die beim Verringern einer positiven Drehungleichförmigkeit gewonnene Energie (Drehungleichförmigkeits-Bremsenergie) sowie ggf. die bei bremsendem Zusatz-Drehmoment gewonnene Energie (Zusatzdreh¬ moment-Bremsenergie) wenigstens teilweise gespeichert und die gespeicherte Drehungleichförmigkeits-Bremsenergie wird wenigstens teilweise zum Verringern einer negativen Dre¬ hungleichförmigkeit wiederverwendet (Anspruch 10) .

Die Speicherung der Drehungleichförmigkeits-Bremsenergie sowie ggf. der Zusatzdrehmoment-Bremsenergie kann insbe¬ sondere durch einen elektrischen Speicher und/oder einen mechanischen Speicher (Schwungradspeicher) . Als elektri- scher Speicher kann beispielsweise eine Kapazität, Indukti¬ vität oder eine (schnelle) Batterie dienen. Vorteilhaft ist der Wechselrichter (falls vorhanden) ein Zwischenkreis- Wechselrichter, dessen Zwischenkreis wenigstens einen elek¬ trischen Speicher für Bremsenergie aufweist oder mit wenig- stens einem solchen gekoppelt ist. Der Speicher kann ent¬ weder ausschließlich der Speicherung von Bremsenergie die¬ nen (in diesem Fall wäre er z.B. zusätzlich zu einem übli¬ cherweise vorhandenen Zwischenkreis-Speicher geschaltet, welcher die beim Wechselrichter-Taktbetrieb erforderlichen Spannungs- bzw. Stromimpulse liefern kann) , oder er kann nur teilweise der Speicherung der Bremsenergie dienen, also noch andere Energie - z.B. die zum Taktbetrieb nötige - speichern (im letzteren Fall könnte er z.B. mit dem übli¬ chen Zwischenkreis-Speicher zusammenfallen) . Im übrigen kann die Ausbildung des Stromrichters als Zwischenkreis- Stromrichter in jedem Fall - z.B. auch ohne Zwischenspei¬ cherung von Bremsenergie - vorteilhaft sein.

Unter einem "Zwischenkreis" versteht man einen Kreis, wel- eher im wesentlichen Gleichspannung bzw. -ström liefern kann, aus der ein nachgeschalteter Wechselrichter-Teil (der sog. Maschinen-Wechselrichter) durch Pulsen oder Takten variable Wechselspannungen bzw. -ströme bilden kann. Diese Gleichspannung bzw. dieser Gleichstrom muß Spannungs- bzw. Stromimpulse mit extremer Flankensteilheit und auf hohem Spannungs- bzw. Stromniveau bereitstellen. Im allgemeinen umfaßt ein Zwischenkreis-Wechselrichter drei Baugruppen, und zwar eine Eingangsbaugruppe zur Versorgung mit bzw. Abfuhr von elektrischer Energie, eine Ausgangsbaugruppe in Form des Maschinen-Wechselrichters und den dazwischenlie¬ genden Zwischenkreis.

Beim Schwungradspeicher zur Speicherung der Bremsenergie ist das Schwungrad vorzugsweise elektrisch über eine (zwei¬ te) elektrische Maschine mit dem System gekoppelt. Hierbei kann es sich z.B. um eine von einem eigenen Stromrichter gesteuerte Drehfeld- oder Stromwendermaschine handeln. Die elektrische Maschine zur Drehungleichförmigkeits-Verringe- rung und die Schwungrad-Maschine arbeiten im Gegentakt: Wenn erstere bremsend wirkt, beschleunigt zweitere das Schwungrad bzw. wenn erstere antreibend oder weniger brem- send wirkt, bremst zweitere das Schwungrad. Mit einem sol¬ chen Schwungrad-Energiespeicher können relativ hohe Ener¬ giedichten gespeichert werden können.

Die (erste) elektrische Maschine kann neben der aktiven Verringerung von Drehungleichförmigkeiten gleichzeitig oder zeitlich versetzt auch andere Funktionen ausführen und so herkömmlicherweise auf diese Funktionen spezialisierte Ma¬ schinen ersetzen. Insbesondere kann sie außerdem die Funk¬ tion eines Starters, z.B. für einen mit der Welle gekoppel- ten Verbrennungsmotor, und/oder die Funktion eines Genera¬ tors zur Stromversorgung, z.B. zur Ladung einer Batterie oder Speisung eines Bordnetzes, haben (Anspruch 11) . Wäh¬ rend des Startvorgangs ist i.a. keine Drehungleichförmig- keits-Verringerung erforderlich; hierzu wird die elektri- sehe Maschine vorübergehend als reiner Elektromotor betrie¬ ben. Die Generatorfunktion ist hingegen i.a. auch während der Drehungleichförmigkeits-Verringerung erwünscht. Durch Überlagerung des schnell variierenden Moments mit einem gleichförmig bremsendes Moment erreicht man im zeitlichen Mittel einen Gewinn elektrischer Energie.

Grundsätzlich kann die elektrische Maschine für die Start¬ funktion als Schwungradstarter ausgebildet sein (s. z.B. D. Henneberger "Elektrische Motorausrüstung", Braunschweig 1990, Seiten 98-103. Vorteilhaft ist sie jedoch so drehmo¬ mentstark ausgebildet, daß sie als Direktstarter dienen kann, d.h. das Antriebsaggregat im Zusammenlauf aus dem

Stand starten kann. Vorzugsweise ist sie direkt, d.h. ge¬ triebelos mit der Triebwelle gekoppelt. Die Drehzahl des Läufers gleicht dann vorzugsweise der Drehzahl des An¬ triebsaggregats.

In entsprechender Weise kann die elektrische Maschine auch als Zusatzfunktion ein Beschleunigen und/oder Abbremsen der Welle herbeiführen oder unterstützen (Anspruch 12) . Bei¬ spielsweise kann dies der Beschleunigung eines Kraftfahr- zeugs zusammen mit dem Antriebsaggregat dienen. Zum Abbrem¬ sen eines Fahrzeugs kann die elektrische Maschine als ver¬ schleißfreie, ggf. generatorische Bremse oder Zusatzbremse dienen. Im Zusammenhang mit einer Antriebs-Schlupf-Regelung kann die elektrische Maschine durch Bremsen schnell das Gesamt-Antriebsmoment und damit den Schlupf eines oder mehrerer Antriebsräder verringern. Bei elektromagnetischer Kupplungsfunktion kann der Antriebsrad-Schlupf statt durch Bremsen auch durch Vergrößern des Kupplungs-Schlupfes verringert werden. Es ist möglich, während der Ausführung dieser Zusatzfunktionen die Drehungleichförmigkeits-Ver- ringerungsfunktion auszuschalten oder beide Funktionen gleichzeitig auszuführen, etwa - wie oben erläutert - durch Überlagern eines entsprechenden antreibenden bzw. bremsen¬ den Moments.

Die bei Anwenden dieser Zusatzfunktionen gewonnene Brems¬ energie kann - wie die von Drehungleichförmigkeiten herrüh¬ rende - gespeichert werden (z.B. im elektrischen Speicher oder im Schwungradspeicher) und als Antriebsenergie wieder- verwendet oder in ein Netz oder z.B. die Fahrzeugbatterie eingespeist werden. Um bei der Fahrzeugbremsung mit Hilfe der elektrischen Maschine einen möglichst hohen Wirkungs¬ grad der Bremsenergie-Rückgewinnung zu erzielen, trennt man beim Bremsen vorteilhaft die elektrische Maschine vom Ver- brennungsmotor mit Hilfe einer dazwischengeschalteten, z.B. mechanischen Kupplung.

Zur Versorgung von Hochleistungsverbrauchern, wie Hilfs¬ maschinen (Klimamaschinen, Servoantriebe, Pumpen) und Hei¬ zungen ist es vorteilhaft, daß die elektrische Maschine Strom auf relativ hohem Spannungsniveau, vorzugsweise im oberen Bereich der Niederspannung, wo gerade noch nicht für besonderen Berührungsschutz gesorgt werden muß (z.B. etwa 60 V Gleichspannung) liefert. Geht man darüber hinaus, wird vorzugsweise ein Bereich von 250 - 450 Volt gewählt. Vor¬ teilhaft werden die Hochleistungsverbraucher elektrisch (statt wie bisher mechanisch bzw. durch Abwärme) auf diesen hohen Spannungsniveaus angetrieben (bzw. beheizt) (Anspruch 13) . Derart hohe Spannungsniveaus können insbesondere bei einem Zwischenkreis-Wechselrichter im Zwischenkreis bereits vorliegen, und braucht so nicht besonders für diesen Zu- satzzweck erzeugt werden. Für Niederleistungsverbraucher kann ein kerkömmliches Niederspannungsbordnetz (12 V oder 24 V) vorgesehen sein.

Die aktive Verringerung von Drehungleichförmigkeiten beruht - wie gesagt - darauf, daß die elektrische Maschine positi¬ ven und/oder negativen Drehungleichförmigkeiten entgegen¬ wirkt, also z.B. bei positiven Drehungleichförmigkeiten bremsend und/oder bei negativen antreibend wirkt. Hierfür benötigt die Steuereinrichtung Information über den Zeit- punkt und ggf. den Betrag einer positiven bzw. negativen Drehungleichförmigkeit.

Eine Möglichkeit, diese Information zu erhalten, liegt in einer Messung der momentanen Drehungleichförmigkeit oder einer anderen, mit ihr gekoppelten Größe. Beruht der Be¬ trieb der elektrischen Maschine auf dieser Information, so handelt es sich um eine rückgekoppelte Regelung, da das tatsächliche Vorliegen einer Drehungleichförmigkeit zu einer unmittelbaren Rückwirkung auf diese Drehungleichför- migkeit führt.

Als andere Möglichkeit verwendet man als Information für den Betrieb der elektrischen Maschine nicht die tatsächli¬ che, sondern eine erwartete Drehungleichförmigkeit. Es handelt sich hierbei also um eine nicht-rückgekoppelte Steuerung. Beispielsweise kann man bei einem Verbrennungs¬ motor Betrag und Vorzeichen der momentanen Drehungleich¬ förmigkeit als Funktion des (Kurbel)-Wellenwinkels und eines oder weiterer Betriebsparameter (z.B. Drehzahl und Drosselklappenstellung) einmal an einem Prototyp bestimmen bzw. per Rechner simulieren und mit dieser Information, gespeichert in Form eines Kennfeldes, jeden Serien-Verbren¬ nungsmotor ausrüsten. Im Betrieb mißt das System dann den momentan vorliegenden Kurbelwellenwinkel und die weiteren Betriebsparameter (z.B. Drehzahl und Drosselklappenstel- lung) , liest die dazugehörigen gespeicherten Kennfeldwerte für Betrag und Amplitude der erwarteten Drehungleichför¬ migkeit, und steuert über die Steuereinrichtung die elek¬ trische Maschine entsprechend, um der Drehungleichförmig¬ keit entgegenzuwirken.

Möglich ist außerdem eine adaptive Steuerung, d.h. eine nicht-rückgekoppelte Steuerung, bei der die Steuerinforma¬ tion jedoch nicht feststehend ist, sondern durch Messung zeitlich vorausgehender Drehungleichförmigkeiten definiert oder zumindest modifiziert wird.

Möglich sind ferner Mischformen der genannten Arten, z.B. können die in einem Kennfeld gespeicherten Erwartungswerte bezüglich einer erwarteten Größe adaptiv sein (z.B. bezüg- lieh der Amplitude) , während sie bezüglich einer anderen erwarteten Größe (z.B. Wellenwinkel) feststehend sein könn¬ ten. Eine sehr vorteilhafte Kombination ist auch eine Rege¬ lung mit Vorsteuerung, bei der z.B. in jedem Regelintervall die Regelung zunächst entsprechend einem erwarteten Dreh- ungleichförmigkeitswert aus einem Kennfeld voreingestellt wird (Vorsteuerung) und anschließend die i.a. kleineren Abweichungen des tatsächlichen Werts zum voreingestellten

Wert nachgeregelt werden (Regelung) . Diese Steuerart lie¬ fert bei relativ geringem Aufwand ein sehr schnelles und genaues Regelverhalten. Es kann auch vorteilhaft sein, bei niedrigen Drehzahlen (z.B. im Leerlauf) mit (rückgekoppel- ter) Regelung zu arbeiten, dagegen bei höheren Drehzahlen zu (nicht-rückgekoppelter) Steuerung überzugehen (Anspruch 14).

Bei Regelung, adaptiver Steuerung und entsprechenden Misch- formen muß die Meßgröße nicht unmittelbar die Drehungleich¬ förmigkeit (ggf. abgeleitet aus einer Messung der Winkella¬ ge oder -geschwindigkeit als Funktion der Zeit) sein. Es kann sich vielmehr auch um eine (oder mehrere) andere Grö¬ ße(n) handeln, die einen Schluß auf zumindest einen Teil der auftretenden Drehungleichförmigkeiten erlaubt (erlau¬ ben) . Bei einem Verbrennungsmotor kann diese Größe vorteil¬ haft der Gasdruck in einem oder mehreren Motorzylindern sein. Der Gasdruck ist nämlich eine wesentliche, veränder¬ liche Quelle der Drehungleichförmigkeiten. Außerdem zu berücksichtigen ist eine andere wesentliche, praktisch unveränderliche Quelle - die Massenkräfte. Ihr Beitrag kann in einem Kennfeld fest gespeichert sein. Alternativ (oder ergänzend) kann das momentane Drehmoment des Verbrennungs¬ motors, z.B. mit Hilfe einer Drehmomentnabe gemessen wer- den. Die Verwendung des Gasdruckes und/oder des momentanen Drehmoments als Meßgröße erlaubt somit eine relativ ein¬ fache und schnelle Regelung, adaptive Steuerung oder ent¬ sprechende Mischform. Der Gasdruck und/oder das momentane Drehmoment kann auch eine für die Verbrennungsmotor-Steue- rung nützliche Größe darstellen.

Die elektrische Dreh- bzw. Wanderfeldmaschine des An¬ triebssystems ist vorzugsweise eine Asynchronmaschine, eine Synchronmaschine oder eine Reluktanzmaschine, insbesondere für Drei-Phasen-Strom. Eine Asynchronmaschine hat i.a. einen relativ einfach aufgebauten Läufer (i. a. einen Läu¬ fer mit Kurzschlußwicklungen oder Wicklungen, deren Enden

an Schleifringe geführt sind) . Hingegen haben Synchronma¬ schinen Läufer mit ausgeprägten Magnetpolen, die über Per¬ manentmagnete oder Strom erregt werden. Reluktanzmaschinen gehören im weiteren Sinn zu den Synchronmaschinen. Insbe- sondere bei der Asynchronmaschine erfolgt die Steuerung der elektrischen Maschine vorzugsweise auf der Grundlage einer feldorientierten Regelung (sog. Vektorregelung) . Hierbei wird, ausgehend von direkt meßbaren momentanen Größen, wie angelegte Spannung, Ständerstrom und ggf. Drehzahl, anhand eines rechnerischen dynamischen Maschinenmodells der Stän¬ derstrom in eine drehmomentbildende Komponente, die mit dem Läuferfluß das Drehmoment erzeugt, und eine senkrecht dazu verlaufende, den Maschinenfluß erzeugende Komponente rech¬ nerisch zerlegt und so das Drehmoment ermittelt.

Bei dem (Teil-)System zur aktiven Verringerung von Dreh¬ ungleichförmigkeiten handelt es sich i. a. um ein Hilfs¬ system, das z.B. im Triebstrang eines Kraftfahrzeugs mit dem Antriebsaggregat angeordnet ist. Wegen seines Hilfs- Charakters sollte es relativ zum Antriebsaggregat wenig Raum beanspruchen, sollte also möglichst kompakt aufgebaut sein. Die im folgenden genannten vorteilhaften Maßnahmen dienen - neben anderen vorteilhaften Zwecken - einem solch kompakten Aufbau.

Eine Maßnahme zur Erzielung hoher Kompaktheit liegt darin, daß die elektrische Maschine eine feine Polteilung, ins¬ besondere wenigstens einen Pol pro 45°-Ständerwinkel auf¬ weist. Bei einer kreisförmig geschlossenen (360°-)Drehfeld- maschine entspricht dies einer Gesamtzahl von wenigstens acht Polen. Besonders vorteilhaft sind noch feinere Poltei¬ lungen, entsprechend z.B. 10, 12, 14, 16 oder mehr Polen bei der kreisförmig geschlossenen Maschine. Eine feine Polteilung erlaubt es nämlich, die Wickelköpfe des Ständers klein auszubilden, und zwar sowohl in Axial- wie auch in Umfangsrichtung der Maschine, so daß die Maschine in Axial¬ richtung insgesamt kürzer ausgebildet sein kann. Auch kann

bei feinerer Polteilung der Ständerrücken für den magneti¬ schen Rückfluß dünner (und damit auch leichter) ausgebildet sein, mit der Folge, daß bei gleichem Außendurchmesser der Maschine der Läufer einen größeren Durchmesser haben kann. Größerer Läuferdurchmesser führt wegen des in Umfangsrich¬ tung längeren Luftspaltes und des größeren wirksamen Hebel¬ arms zu einem größeren Drehmoment. Insgesamt führt somit eine feinere Polteilung zu einer kompakteren und leichteren Maschine. Daneben sind wegen der geringeren Wickeldrahtlän- ge - kleinere Wickelköpfe benötigen weniger nicht-aktiven Wicklungsdraht - die ohmschen Verluste geringer. Da ferner das Streufeld (das den Blindleistungsanteil wesentlich bestimmt) von der Wickelkopffläche abhängt, ist es bei feiner Polteilung relativ gering. Ein geringes Streufeld ist insbesondere bei der Drehungleichförmigkeits-Verringe- rung vorteilhaft, da hier - anders als bei einer üblichen elektrischen Maschine - dauernd zwischen Motor- und Genera¬ torbetrieb hin- und hergewechselt wird und bei dem damit einhergehenden Umpolen laufend Blindleistung aufgebracht werden muß.

Bei schnell laufenden Drehfeld-Maschinen sind feine Pol¬ teilungen unüblich, da sie eine relativ hohe Polwechsel¬ frequenz bedingen. Ein üblicher Wert für die Polwechsel- frequenz beträgt beispielsweise 120 Hz. Die im Rahmen der Erfindung verwendete elektrische Maschine hat hingegen vorteilhaft eine hohe maximale Polwechselfrequenz, vor¬ zugsweise zwischen 300 und 1600 Hz und mehr, besonders vorzugsweise zwischen 400 Hz und 1500 Hz.

Um den Einfluß von Wirbelströmen im Ständer - die mit stei¬ gender Polwechselfrequenz zunehmen - zu verringern, weist der Ständer vorteilhaft dünne Ständerbleche, vorzugsweise mit einer Dicke von 0,35 mm oder weniger, besonders vor- zugsweise 0,25 mm oder weniger auf. Als weitere Maßnahme zur Verringerung der Verluste sind die Ständerbleche vor¬ zugsweise aus einem Material mit niedrigen Ummagnetisie-

rungsverlusten, insbesondere kleiner als 1 Watt/kg bei 50 Hz und 1 Tesla, gefertigt.

Als weitere Maßnahme, die zu einer kompakten Ausbildung beiträgt, weist die elektrische Maschine vorteilhaft eine innere Fluidkühlung auf. Bei dem Fluid kann es sich vor¬ teilhaft um Öl handeln. Eine sehr effektive Kühltechnik besteht darin, die Maschine im Inneren ganz unter Öl zu setzen. Ein Nachteil hiervor ist jedoch, daß oberhalb ca. 500 U/min Turbulenzverluste auftreten, die oberhalb ca. 2000 U/min merkliche Ausmaße annehmen können. Um dem zu begegnen, erfolgt die Zufuhr des Kühlfluids vorteilhaft verlustleistungs- und/oder drehzahlabhängig, wobei es sich bei der Fluidkühlung vorzugsweise um eine Sprühfluidkühlung handelt. In der Maschine befindet sich dann immer nur im wesentlichen soviel Kühlfluid, wie momentan zur Abfuhr der Verlustleistung benötigt wird. Die Sprühfluidkühlung stellt eine besonders gute Verteilung des Fluids sicher.

Quantitativ läßt sich die Kompaktheit durch die Größe "Drehmomentdichte" ausdrücken. Vorzugsweise weist die elek¬ trische Maschine eine hohe Drehmomentdichte - bezogen auf das maximale Drehmoment - auf, die besonders vorzugsweise größer als 0,01 Nm/cm ³ ist (Anspruch 15) .

An einer Welle mit Drehungleichförmigkeiten können oft auch Radialschwingungen auftreten, insbesondere bei Kurbelwel¬ len. Um robust gegenüber Radialschwingungen zu sein, ist das System vorzugsweise so ausgebildet, daß die elektrische Maschine stark im Bereich magnetischer Sättigung arbeitet. Ein Maß für die magnetische Sättigung ist der Strombelag (bei maximalem Drehmoment) im Ständer pro cm Luftspaltlänge in Umfangsrichtung. Vorzugsweise beträgt dieses Maß wenig¬ stens 400 - 1000 A/cm, besonders vorzugsweise wenigstens 500 A/cm. Das Arbeiten stark im Sättigungsbereich erlaubt es, die Maschine mit einem relativ weiten Luftspalt auszu¬ bilden. Änderungen des Luftspaltes - wie sie bei Radial-

Schwingungen auftreten - wirken sich wegen des Betriebs im Sättigungsbereich kaum aus.

Eine derart kompakt aufgebaute elektrische Maschine hat im allgemeinen eine relativ geringe Induktivität. Um hier dennoch beispielsweise mit Hilfe einer getakteten Spannung einen möglichst genau sinusförmigen Strom zum Erzeugen der elektrischen Dreh- bzw. Wanderfelder zu erzielen, arbeitet der Wechselrichter vorteilhaft zumindest zeitweise mit einer hohen Taktfrequenz, insbesondere 10 kHz bis 100 kHz und höher. Diese Maßnahme ist auch vorteilhaft zur Erzie¬ lung einer hohen zeitlichen Auflösung des Systems: Bei¬ spielsweise kann man mit einer Taktfrequenz von 20 kHz eine zeitliche Auflösung im Drehmomentverhalten der elektrischen Maschine von 2 kHz erzielen, mit der man eine Drehungleich¬ förmigkeit bei 200 Hz wirksam verringern kann (200 Hz ent¬ sprechen zum Beispiel der vierten Ordnung bei 3000 U/min) . Eine hohe Taktfrequenz trägt auch zu einer kompakten Bau¬ weise des Wechselrichters selbst bei, denn sie erlaubt kleinere Zwischenkreiskondensatoren, die mit kurzen Lei¬ tungswegen unmittelbar neben den elektronischen Schaltern angeordnet werden können. Ferner können EMV-Filter (EMV: Elektromagnetische Verträglichkeit) des Wechselrichters kleiner ausgeführt sein.

Als weitere vorteilhafte Maßnahme zur Erzielung einer kom¬ pakten Bauweise des Wechselrichters sind elektronische Schalter des Wechselrichters fluidgekühlt, vorzugsweise siedebadgekühlt (Anspruch 16) . Als Siedebad-Kühlmittel kann beispielsweise ein Fluorkohlenwasserstoff verwendet werden. Bei der Siedebadkühlung verdampft das Kühlmittel an Wärme¬ punkten und entzieht ihnen dadurch seine relativ hohe Ver¬ dampfungswärme. Der Dampf steigt auf und kann z.B. in einem externen Kühler kondensieren und dabei seine Verdampfungs- wärme abgeben. Diese Kühltechnik erlaubt kompakteste Anord¬ nung der elektronischen Schalter des Wechselrichters ohne jegliche Kühlkörper. Daneben hat sie den Vorteil, daß zur

Erreichung auch hoher Kühlleistung relativ geringe Tempera¬ turdifferenzen ausreichen, und zwar z.B. eine Differenz von 2-10° C, gegenüber ca. 40° C bei Luftkühlung. Eine weitere kühltechnisch vorteilhafte Maßnahme besteht darin, mehrere elektronische Schalter des Wechselrichters, insbesondere 2 bis 20 und mehr, parallel zu schalten. Die Parallelschal¬ tung führt zu einer verteilten Anordnung der Wärmequellen und damit einer relativ geringen Verlustleistungsdichte.

Der Wechselrichter umfaßt vorteilhaft als Schalter Halblei¬ terschalter, vorzugsweise schnelle Halbleiterschalter, wie Feldeffekttransistoren - besonders vorzugsweise Metall¬ oxidhalbleiter(MOS) -Feldeffekttransistoren, bipolare Tran¬ sistoren und/oder bipolare Transistoren mit isoliertem Gateanschluß (IGBTs) . Unter "schnellen" Halbleiterschaltern werden insbesondere solche verstanden, die maximale Takt¬ frequenzen von 10 bis 100 kHz oder mehr erlauben.

Der Wechselrichter erzeugt die für die magnetischen Felder der elektrischen Maschine benötigten Spannungen und/oder

Ströme vorzugsweise durch Pulse, insbesondere auf der

Grundlage von Pulsweiten- oder Pulsamplitudenmodulation.

Bei konstanter Zwischenkreisspannung lassen sich durch sinusbewertete Puisweitenmodulation bei hohen Taktfrequen- zen aufgrund der Maschineninduktivität nahezu sinusförmige

Ströme beliebig einstellbarer Frequenz, Amplitude und/oder

Phase erzeugen. Bei der Pulsamplitudenmodulation geht man beispielsweise aus von einem Wechselrichter mit variabler

Zwischenkreisspannung und erzeugt so Pulse verschiedener Amplituden.

Um bei dem System zu jedem Zeitpunkt die momentane Winkel¬ lage der Welle zu kennen, ist die elektrische Maschine oder die Welle vorteilhaft mit einem Läuferlage- bzw. Wellenla- ge-Geber ausgerüstet. Aus der Information über die momenta¬ ne Winkellage kann auf die momentane Winkelgeschwindigkeit und -beschleunigung und damit auf momentane Drehungleich-

förmigkeiten geschlossen werden. Auf dieser Information kann - wie oben ausgeführt wurde - bei einem geregelten System die Drehungleichförmigkeits-Verringerung basieren. Bei einem gesteuerten System wird die Information über die momentane Winkellage und ggf. die momentane mittlere Dreh¬ zahl gebraucht, um den richtigen Erwartungswert aus dem Kennfeld auszulesen. Zur Gewinnung einer möglichst genauen Winkellage-Information kann insbesondere ein Drehtransfor- mator (ein sog. Resolver) dienen, also ein Transformator mit winkelabhängigem Übertragungsverhältnis. Auch hochauf¬ lösende Kodierer sind für diesen Zweck einsetzbar, z.B. eine Kombination aus einem hochauflösenden Inkrementalgeber und einem einfachen Absolutgeber. Die hochgenaue Winkel¬ information wid vorteilhaft auch von der Motorsteuerung genutzt.

Bei vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung kann die elektrische Maschine auch als elektromagnetische Kupplung im Antriebsstrang fungieren. Bei einer "elekromagnetischen Kupplung" erfolgt die Momentübertragung über die Kupplung hinweg durch elektrische, magnetische oder elektromagneti¬ sche Kräfte. Es ist möglich, daß diese Art der Kraftüber¬ tragung nur zeitweise vorliegt. Zum Beispiel kann nach Erreichen gleicher Drehzahl der zu kuppelnden Wellen die Kraftübertragung von einer mechanischen Kupplung übernommen werden.

Grundsätzlich kann die Funktion der elektromagnetischen Kupplung durch zwei elektrische Maschinen erzielt werden, von denen die erste als Generator, die zweite als vom Gene¬ ratorstrom gespeiste Motor dient. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Kupplung durch eine einzelne elek¬ triεche Maschine gebildet, welche wenigstens zwei drehbare elektromagnetische Wirkeinheiten aufweist, von denen eine mit einem antriebsseitigen Drehmomentübertrager und die andere mit einem abtriebsseitigen Drehmomentübertrager gekoppelt oder koppelbar ist. Bei den Drehmomentübertragern

handelt es sich i.a. um Antriebs- und Abtriebswelle, etwa die Triebwelle des Antriebsaggregats und die von der elek¬ trischen Maschine zum Getriebe führende Welle. Die elek¬ tromagnetischen Wirkeinheiten entsprechen Läufer und Stän- der bei der normalen elektrischen Maschine, jedoch mit dem Unterschied, daß hier neben dem Läufer auch der Ständer drehbeweglich ist. Die Maschine entspricht also einer nor¬ malen Maschine mit Läufer und Ständer, welche zusätzlich zur Läuferrotation als Ganzes drehbar ist. Die als Ganzes drehbare Maschine kann zwischen Läufer und "Ständer" posi¬ tive und negative Relativdrehmomente erzeugen. Auf diese Weise kann der Kupplungsschlupf beeinflußt werden. Dadurch können verschiedene Kupplungswirkungen erzielt werden: Die elektrische Maschine kann beispielsweise derart geregelt werden, daß sich ein geeignetes Relativdrehmoment zwischen Läufer und Ständer einstellt und der Kupplungsschlupf ver¬ schwindet (Kupplungsschlupf 0) . Dann überträgt die elek¬ trische Maschine Drehzahl und Drehmoment ungeändert - ent¬ sprechend einer geschlossenen mechanischen Kupplung. Die elektrische Maschine kann aber auch derart geregelt werden, daß das Relativdrehmoment zwischen Läufer und Ständer ver¬ schwindet und sich ein Kupplungsschlupf entsprechend der Relativdrehzahl der Drehmomentübertrager einstellt. Auf diese Weise erzielt man deren vollständige Trennung ohne Drehmomentübertragung - entsprechend etwa einer vollständig geöffneten mechanischen Kupplung. Kupplungsschlupfwerte, die zwischen diesen beiden Werten liegen, sind durch ent¬ sprechende Ansteuerung der elektrischen Maschine ebenfalls erreichbar. Die als Kupplung wirkende elektrische Maschine kann zur Schwingungsdämpfung verwendet werden, und zwar:

1) bei festgelegtem abtriebsseitigem Drehmomentübertrager zur Dämpfung auf der Antriebsseite, und 2) sonst durch Einstellung eines mit der Drehungleichförmigkeit variieren¬ den Kupplungsschlupfes zur Schwingungsisolierung der Ab- triebs- von der Antriebsseite.

Die elektrische Maschine kann auch zur Antriebsschlupfrege- lung (ASR) dienen. Die Regelung des Antriebsschlupfes wird

- im Stand der Technik - derart durchgeführt, daß bei Er¬ reichen eines Grenzwertes des Antriebsschlupfes oder einer zeitlichen Änderung (zeitliche Ableitung) des Antriebs¬ schlupfes das Antriebsmoment verringert wird. Die Verringe¬ rung des Antriebsmoments wird entweder durch Verstellung des Verbrennungsmotors, also durch Drosselklappenverstel¬ lung oder durch Zündzeitpunktverstellung, oder durch Betä- tigen einer oder mehrerer Radbremse(n) realisiert. Auch eine Kombination beider Maßnahmen ist bekannt. Insbesondere können zusätzlich zur Verbrennungsmotorverstellung, die bei Überschreiten eines ersten Grenzwertes des Antriebsschlup- feε erfolgt, die Radbremsen betätigt werden, wenn ein zwei- ter, höherer Grenzwert des Antriebsschlupfes erreicht wird. Derartige Regelungen sind einerseits relativ träge, ande¬ rerseits relativ schlecht steuerbar, d.h. ein bestimmter zeitlicher Verlauf der Antriebsmomentverringerung ist prak¬ tisch nicht erzielbar.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung dient die elektri¬ sche Maschine einer Antriebsschlupfregelung und ist derart ausgelegt, daß mit ihr eine AntriebsschlupfVerringerung durch Verkleinerung des Antriebsmoments (des Antriebsaggre- gats) herbeiführbar ist, insbesondere durch Bremswirkung und/oder - bei als Kupplung wirkender elektrischer Maschine

- durch Kupplungsschlupf-Wirkung.

Die Antriebsschlupfregelung mit elektrischer Maschine kann die aus dem Stand der Technik bekannte Antriebsschlupfrege- lung mit Motorverstellung oder Radbremsung ersetzen oder in Kombination mit der aus dem Stand der Technik bekannten Antriebsschlupfregelung mit Motorverstellung und/oder Rad¬ bremsung verwendet werden. Vorteilhaft übernimmt das für die Steuerung der elektrischen Maschine zuständige Steuer¬ gerät im wesentlichen die gesamte ASR-Steuerung. Umgekehrt kann vorteilhaft ein ASR-Steuergerät vorteilhaft auch für

die Steuerung der elektrischen Maschine zuständig sein. Falls ein gesondertes ASR-Steuergerät vorgesehen ist, kom¬ muniziert dieses vorteilhaft mit der Maschinensteuerung und ggf. der Motor- und/oder Bremsaussteuerung.

Die Erfindung ist auch auf ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gerichtet, wobei das Antriebssytem ein Antriebsaggregat, insbesondere einem Verbrennungsmotor, und wenigstens eine auf das Antriebsaggregat, und zwar insbesondere auf dessen Triebwelle, oder einer damit gekoppelten oder koppelbaren Welle wirkenden elektrischen Maschine zur aktiven Verringe¬ rung von Drehungleichförmigkeiten umfaßt, wobei bei dem Verfahren wenigstens ein Sensor des Antriebssystems und/oder wenigstens eine aus Sensorinformation abgeleitete Größe sowohl zur Steuerung des Antriebsaggregats als auch zur Steuerung der elektrischen Maschine verwendet wird, und/oder eine für die Steuerung der elektrischen Maschine oder des Antriebsaggregats zuständige Steuereinrichtung auch das Antriebsaggregat bzw. die elektrische Maschine teilweise oder ganz steuert (Anspruch 17) .

Das Verfahren kann vorteilhaft mit einem Antriebssystem nach einer oder mehreren der oben erläuterten Ausgestal- tungen durchgeführt werden (Anspruch 18) . Bezüglich einzel¬ ner Merkmale und Vorteile des Verfahrens wird auf die obi¬ gen Erläuterungen zum System verwiesen, die sich vollin¬ haltlich auch auf das Verfahren in seinen verschiedenen Ausgestaltungen beziehen.

Die Gegenstände der Ansprüche 6 - 16 und der Beschreibung können auch bei einem Antriebssystem und einem entsprechen¬ den Verfahren vorteilhaft sein, bei dem von einer gemein¬ samen Verwendung eines Sensors, von Sensorinformation oder einer Steuereinrichtung kein Gebrauch gemacht wird. Es wird daher der Vorbehalt erklärt, Patentansprüche auf diese Gegenstände unter Weglassung des jetzt in den Ansprüchen 1

und 28 enthaltenen diesbezüglichen Merkmalskomplexes zu richten.

Im übrigen werden in der gesamten vorliegenden Beschreibung Zahlenangaben "x" im Sinn von "wenigstens x", und nur vor¬ zugsweise im Sinn von "genau x" verstanden.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und der angefügten schematischen Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische beispielhafte Darstellung der Funktionsweise der aktiven Verringerung von Dre¬ hungleichförmigkeiten;

Fig. 2 eine unmaßstäblich-schematische Darstellung einer Auεführungsform des Antriebssystems;

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer elek- trischen Maschine mit Schnittebene senkrecht zur

Axialrichtung zur Veranschaulichung verschiedener bei dem System verwendbaren Maschinentypen;

Fig. 4 einen schematischen Schaltplan eines bei dem Sy- stem verwendeten Wechselrichters;

Fig. 5 eine Fig. 2 entsprechende Darstellung einer ande¬ ren Ausführungsform des Antriebssystems;

Fig. 6 eine εchematische Darstellung einer elektrischen

Maschine mit drehbaren elektromagnetischen Wirk¬ einheiten;

In den Figuren tragen im wesentlichen funktionsgleiche Teile gleiche Bezugszeichen.

Fig. la veranschaulicht (mit durchgezogener Linie) die Drehzahl n einer Welle als Funktion des Kurbelwellenwinkels φ. Die Welle führt um eine mittlere Drehzahl (hier 3000 Umdrehungen pro Minute) periodisch Drehzahlschwankungen zu kleineren und größeren Drehzahlen hin aus, welche in diesem idealisierten Beispiel insgesamt einen im wesentlichen sinusförmigen Verlauf haben. Bei der Welle handelt es sich beispielsweise um die Kurbelwelle eines Vierzylinder-Vier¬ takt-Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, die in der zweiten Ordnung (d.h. bei einer Frequenz von 100 Hz) eine relativ große, von den Gas- und Massenkräften herrührende Drehungleichförmigkeit aufweist. Zur Veranschaulichung ist auch daε für eine Umdrehung der Welle benötigte Winkelin¬ tervall eingezeichnet. Im allgemeinen treten bei einer Welle außerdem (hier nicht dargeεtellte) Drehungleichför¬ migkeiten höherer Ordnungen und solche stochastiεcher Natur auf. Ihr Verlauf iεt alεo i.a. nicht sinuεförmig.

Im wesentlichen proportional zu den Drehungleichförmigkei- ten sind Schwankungen des Drehmoments Mv des Verbrennungs¬ motors um ein mittleres Drehmoment. Die durchgezogene Linie in Fig. la veranschaulicht damit auch den Verlauf des Mo¬ tor-Drehmoments Mv als Funktion des Kurbelwellenwinkels φ .

Fig. lb veranschaulicht das Gesamt-Drehmoment Me als Funk¬ tion deε Wellenwinkels φ, das von einer mit der Welle ge¬ koppelten elektrischen Maεchine aufgebracht wird. Der Ver¬ lauf deε Maεchinendrehmomentε Me entεpricht weitgehend dem der Drehungleichförmigkeit und des Motor-Drehmoments Mv, ist jedoch entgegengeεetzt gerichtet. D.h., bei einer Dreh¬ ungleichförmigkeit zu höheren Drehzahlen hin (sog. positive Drehungleichförmigkeit) erzeugt die elektrische Maschine ein die Welle bremsendeε Drehmoment (sog. negatives Drehmo¬ ment) , wohingegen sie bei einer Drehungleichförmigkeit zu niederen Drehzahlen hin (sog. negative Drehungleichförmig¬ keit) ein antreibendes Drehmoment (sog. positives Drehmo¬ ment) erzeugt. Der Betrag des Drehmoments Me ist so ge-

wählt, daß die Drehungleichförmigkeit - und die zu ihr proportionale Schwankung des Drehmoments Mv - durch dessen Wirkung wesentlich verringert wird oder sogar praktisch verεchwindet, wie in Fig. la durch die geεtrichelte Linie veranschaulicht ist.

Bei der in Fig. lb gezeigten Betriebsweise sind die negati¬ ven und positiven Drehmomentextrema betragεmäßig gleich groß. Die bei einer Bremsphase gewonnene Energie ist also im wesentlichen gleich groß wie die bei der folgenden An¬ triebsphase aufzuwendende Energie. Der Energiefluß nach außen ist somit Null, es wird nur im Inneren des System zeitweise Bremsenergie zwischengespeichert. Das System arbeitet also in dieser Betriebsweise als reiner Drehung- leichförmigkeits-Verringerer mit schnell variierendem Dreh¬ moment, ohne Erzeugung eineε Zuεatz-Drehmoments.

Ein Beiεpiel für eine demgegenüber modifizierte Betriebs- weiεe deε Syεtemε mit Zuεatz-Drehmoment iεt in Fig. lc gezeigt: Der zeitliche Verlauf deε Gesamt-Drehmoments Me entεpricht dem von Fig. lb, es ist jedoch global um einen bestimmten Betrag ΔMe (den sog. Hub) in negative Richtung verschoben. Der Hub ΔMe wird im allgemeinen langsam vari¬ ieren, in dem hier dargestellten kurzen Zeitrahmen von ungefähr einer Umdrehungsperiode ist er jedoch in guter Näherung konstant. Der Hub ΔMe ist hier kleiner alε die Amplitude der εchnelle Variation des Drehmoments, so daß das Gesamt-Drehmoment Me alternierend positive und negative Werte annimmt. Gemittelt über die schnelle Drehmomentva- riation erhält man ein konstantes Drehmoment -ΔMe. Dem Verbrennungsmotor wird also im Mittel mechanische Energie entzogen, die weitgehend in elektrische Energie umgewandelt und dem System entnommen wird. Die elektrische Maschine hat also in dieser Betriebεart neben der Funktion als Drehun- gleichförmigkeitε-Verringerer die Funktion eines elektri¬ schen Generators, der als Bremse wirken kann und Strom z.B. zum Ausgleichen der Betriebsverluεte des Systems, zum Laden

der Fahrzeugbatterie und/oder zum Betreiben elektrischer Verbraucher liefern kann.

Falls der Hub ΔMe größer als die Amplitude zur Verringerung der Drehungleichförmigkeit ist, wirkt die elektrische Ma¬ schine nur noch bremsend und nicht mehr antreibend, wobei die Bremswirkung in ihrem Betrag entsprechend Fig. lb und lc gegenphasig zur Drehungleichförmigkeit variiert.

Allein durch eine entsprechende Einstellung der (Softwa¬ re-)Steuerung der elektrischen Maschine - ohne jegliche konstruktive (Hardware-)Änderungen - sind kleine und sehr große Generatorleistungen einstellbar. Begrenzend wirkt nur die Größe der elektrischen Maschine. Damit kann ein und der selbe Maschinentyp beispielεweise für kleine und große Kraftfahrzeugtypen ohne konεtruktive Anpassung verwendet werden.

Der globale Drehmomentverlauf kann auch in positiver Rich- tung verschoben sein (poεitiver Hub) . Die elektriεche Ma¬ schine arbeitet dann neben ihrer Funktion als Drehungleich- förmigkeits-Verringerer als (antreibender) Motor, z.B. um den Verbrennungsmotor bei einer Fahrzeugbeschleunigung zu unterstützen.

Das in Fig. 2 dargestellte Antriebssystems eines Kraftfahr¬ zeugs, z.B. eines Personenkraftwagens, weist als Antriebs¬ aggregat einen Verbrennungsmotor 1 auf, bei dem es sich beispielsweiεe um einen Vierzylinder-Viertakt-Otto- oder Dieselmotor handelt. Das vom Verbrennungsmotor 1 erzeugte Drehmoment kann über einen Antriebsstrang 2 auf Antriebs¬ räder 3 übertragen werden. In Abtriebsrichtung ist im An¬ triebsstrang 2 nach dem Verbrennungsmotor 1 zunächst eine elektrische Maschine 4 angeordnet. Auf diese folgen eine Fahrkupplung 5, ein Getriebe 6 und ein Achsantrieb 7, wel¬ cher das Drehmoment auf die Antriebsräder 3 überträgt. Bei der Kupplung 5 und dem Getriebe 6 kann es sich um eine Rei-

bungεkupplung und ein Schaltgetriebe handeln; alternativ εind z.B. eine automatische Kupplung oder Wandlerkupplung, jeweils mit Schaltgetriebe oder automatischem Getriebe möglich. Bei anderen (nicht gezeigten) Ausführungsformen ist im Antriebsstrang 2 zwischen Verbrennungsmotor 1 und elektrischer Maschine 4 eine weitere (durch Steuerung betä¬ tigte) Kupplung angeordnet, um beim Bremsen mit der elek¬ trischen Maschine 4 einen Mitlauf des Verbrennungεmotorε 1 zu vermeiden.

Die elektriεche Maεchine 4 - hier eine Drehstrom-Wander¬ feld-Maschine in Asynchron- oder Synchron-Bauart - umfaßt einen Ständer 8 und einen Läufer 9. Ersterer stützt sich drehfest gegen den Verbrennungsmotor 1, ein (nicht gezeig- tes) Fahrzeugchasεis oder ein (nicht gezeigteε) Kupplungs¬ gehäuse ab, wohingegen letzterer direkt auf einer Trieb¬ welle (Kurbelwelle) 10 deε Verbrennungsmotors 1 oder einer Verlängerung hiervon sitzt und mit dieser drehfest gekop¬ pelt ist. Die Triebwelle 10 und der Läufer 9 rotieren also gemeinsam, ohne Zwischenschaltung eines Getriebes.

Die elektrische Maεchine 4 erfüllt mehrere Funktionen: Sie fungiert einerseits als Drehungleichförmigkeits-Verringe- rer, wie im Zuεammenhang mit Fig. 1 bereits erläutert wur- de. Andererεeits fungiert sie als Generator zur Ladung einer Fahrzeugbatterie 11 und zur Versorgung elektrischer Verbraucher und ersetzt damit eine herkömmlicherweise im Kraftfahrzeug vorhandene Lichtmaschine. Die Generatorfunk¬ tion kann ferner zum Abbremsen des Fahrzeugs oder des Ver- brennungsmotorε 1 dienen. Außerdem kann die elektriεche Maεchine 4 als Zusatzmotor ("Booεter") fungieren, z.B. um den Verbrennungεmotor beim Beschleunigen des Fahrzeugs zu unterstützen. Auch dient sie als Starter für den Verbren¬ nungsmotor und kann somit auch einen herkömmlicherweise beim Kraftfahrzeug gesondert vorgesehenen Starter ("Anlas¬ ser") ersetzen. Schließlich fungiert sie aufgrund des Mas¬ senträgheitsmoments des Läufers 9 als Schwungrad und kann

so daε bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen i.a. vorhandene, auf der Kurbelwelle εitzende Schwungrad erεetzen.

Die elektrische Maschine 4 iεt durch Fluidkühlung, hier eine Sprühflüssigkeitskühlung 12 innengekühlt. Nach Durch¬ laufen eines Kühlers 13 und einer Pumpe 14 wird die Kühl¬ flüssigkeit - hier ein geeignetes Öl - an den Läufer 9, und zwar in der Nähe von dessen Rotationsachse, gesprüht. Sie wandert aufgrund der Läuferrotation fliehkraftbedingt nach außen und kühlt dabei Läufer 9 und Ständer 8, und verläßt dann ein Gehäuεe 15 der elektriεchen Maεchine 4, um in einem geεchloεsenen Kreiεlauf wieder in den Kühler 13 ein¬ zutreten. Der Kühlmittelfluß erfolgt verlußtleiεtungs- und drehzahlabhängig durch entsprechende Steuerung der Pumpe 14, derart, daß sich jeweilε im wesentlichen nur eine gera¬ de benötigte Mindeεtmenge deε Kühlfluids im Inneren des Gehäuses 15 befindet. Ein (nicht gezeigteε) Ausgleichεgefäß erlaubt dieεe Variation der Kühlflüεsigkeitsmenge im Gehäu¬ se 15. Bei anderen (nicht gezeigten) Ausführungsformen ist die elektrische Maschine (oder nur der Läufer) in ein Kupp- lungs- und/oder Getriebegehäuse integriert und wird durch ein darin befindliches Schmier- und/oder Kühlfluid (z.B. Kupplungs- oder Getriebeöl) mit gekühlt.

Die elektriεche Maschine 4 iεt außerdem mit einem Dreh¬ transformator 16 (εog. Resolver) ausgerüstet, der vorzug¬ weise mehr als 8 Pole, hier z.B. 12 Pole auweiεt. Er be¬ steht aus zwei benachbart angeordneten Leiterplatten, von denen eine feststeht und die andere sich mit der Triebwelle 10 dreht. Die Leiterplatten tragen auf ihren zugewandten Oberflächen durch Leiterbahnen gebildete Windungen, derart daß sich ein drehwinkelabhängiges Transformator-Überset¬ zungsverhältnis ergibt. Der Drehtransformator 16 arbeitet nach dem Transponder-Prinzip: Die feεtstehenden Windungen (feεtehende Platine) werden aktiv mit Strom/Spannung beauf¬ schlagt und strahlen elektromagnetische Energie zu den drehbaren Windungen (drehbare Platine) hin ab. Letztere

εtrahlen einen Teil dieεer Energie wieder zurück, wobei dieser Teil aufgrund des drehwinkelabhängigen Übertra- gungεverhältniεεeε vom Drehwinkel abhängt. Der rückge¬ strahlte Teil erzeugt in den feεtstehenden Windungen ein drehwinkelabhängiges Signal. Eine Auswertung dieses Signals liefert den momentanen Drehwinkel der Triebwelle 10 mit einer Genauigkeit von wenigstenε 0,5 Grad. Bei einfacheren Ausführungsformen wird ein Inkrementalgeber verwendet.

Ein Wechselrichter 17 liefert dem Ständer 8 der elektri¬ schen Maεchine 4 bei einer εehr hohen Taktfrequenz (z.B. 10-100 kHz) sinusbewertete pulsweitenmodulierte Spannungs¬ impulse, die unter der Wirkung der Maschineninduktivität im wesentlichen εinuεförmige Dreiphasen-Ströme ergeben, deren Amplitude, Frequenz und Phaεe frei vorwählbar iεt.

Der Wechselrichter 17 ist ein Spannungszwiεchenkreiε-Wech- selrichter und umfaßt drei Baugruppen: einen Gleichspan¬ nungsumsetzer 18 (Eingangsbaugruppe) , welcher Gleichspan- nung von einem niedrigen Niveau (hier 12 V) auf ein höheres Zwischenkreiεniveau (hier 60 V oder 350 V) und in umgekehr¬ ter Richtung umsetzt, einen elektrischen Zwischenkreisspei- cher 19, hier ein Kondensator bzw. eine Anordnung parallel geschalteter Kondensatoren, und einen Maschinenwechselrich- ter 21 (Auεgangsbaugruppe) , welcher aus der Zwischenkreis- Gleichspannung die (getaktete) Dreiphasen-Wechselspannung variabler Amplitude, Frequenz und Phase erzeugen kann oder - bei generatorischem Betrieb der elektrischen Maschine 4 - derartige beliebige Wechselspannungen in die Zwischen- kreiε-Gleichεpannung umsetzen kann. Bei anderen (nicht gezeigten) Ausführungsformen liegt das Zwischenkreisniveau am oberen Rand des ohne beεonderen Berührungsεchutz zuläs¬ sigen Niederspannungεbereichs, hier 60 V.

Die drei Baugruppen 18, 19, 20 des Wechεelrichters 17 sind in einem metallischen Gehäuse 21 hermetisch eingeschlossen, welches mit einem geeigneten Siedekühlmittel gefüllt iεt.

Bei diesem handelt es sich z.B. um einen Fluorkohlenwasεer- stoff, der bei einem geeigneten Druck (etwa zwischen 50 mbar und 3 bar) einen geeigneten Siedepunkt, z.B. bei 60° C, hat. Verdampftes Siedekühlmittel kann in einem Kondensa- tionεkühler 22 kondensieren und in flüssiger Form in einem geschlosεenen Kreislauf in das Gehäuse 21 zurückkehren. Das Gehäuse 21 mit dem Kühlkreislauf ist hermetisch dicht.

Der Gleichspannungεumεetzer 18 iεt niederεpannungεεeitig mit der Fahrzeugbatterie 11 und verεchiedenen Niederspan¬ nungverbrauchern 23, wie beispielεweise Beleuchtung und elektronische Geräte, verbunden. Der Wechselrichter 17 kann einerseitε Strom auf niedrigem Spannungεniveau zum Laden der Fahrzeugbatterie 11 und Verεorgen der Niederspannungs- Verbraucher 23 liefern, andererεeitε kann er der Fahrzeug¬ batterie 11 Strom auf niedrigem Spannungsniveau zum Starten des Verbrennungsmotors 1 entnehmen.

Der Zwischenkreiεspeicher 19 ist verbunden mit einem exte- men Zusatzspeicher 24, bei dem es sich um einen elektri¬ schen Speicher, hier eine Zuεatzkapazität 25, und/oder einen Schwungradspeicher 26 handeln kann. Der Zusatzspei¬ cher 24 hat in erster Linie die Aufgabe, die beim Drehun- gleichförmigkeits-Verrringern in einer Bremsphase gewonnene Energie zwischenzuεpeichern und für die anεchließende An¬ treibphase wieder abzugeben. Daneben kann er auch der Spei¬ cherung derjenigen Energie dienen, die bei anderen, durch die elektrische Maschine 4 vermittelten Bremsvorgängen anfällt. Schließlich kann er die Fahrzeugbatterie 11 beim Startvorgang des Verbrennungsmotors 1 entlasten, indem dieser Energie nur langεam entnommen und im Zuεatzspeicher 24 gespeichert wird. Hier steht sie dann für eine schnelle Entnahme beim Startvorgang zur Verfügung.

Hingegen hat der (innere) Zwischenkreiεspeicher 19 im we¬ sentlichen die Aufgabe, der Maschinen-Wechselrichtergruppe 20 Spannung mit der für das Takten notwendigen hohen Flan-

kensteilheit - also schnell - zu liefern. Er braucht dazu keine sehr hohe Kapazität (er hat z.B. 2 μF) , vorteihaft für die Schnelligkeit sind vielmehr geringe Zuleitungsin¬ duktivitäten, was durch die Anordnung im Inneren des Wech- selrichterε 17 εichergeεtellt iεt (und zwar vorzugsweise auf derselben Platine, auf der auch die elektronischen Schalter des Maschinen-Wechselrichterε 20 angeordnet sind) . Der Zusatzεpeicher 24 kann hingegen relativ langsam arbei¬ ten, εo daß hier die Zuleitungskapazitäten aufgrund der externen Anordnung nicht stören. Die Zusatzkapazität 25 kann insbesondere 50 bis 10000 mal größer sein (sie ist hier z.B. 4,7 mF für die Speicherung der Drehungleichför- migkeitε-Energie) alε die des Zwischenkreisspeichers 19.

Noch größere Speicherkapazitäten sind mit dem Schwungrad¬ speicher 26 erreichbar, der hier eine eigene wechselrich- tergeεteuerte elektrische Maschine 27 und eine damit gekop¬ pelte Schwungmasse 28 umfaßt. Letztere kann durch ein ge¬ sondertes Schwungrad gebildet oder in den Läufer der elek- trischen Maschine 27 integriert εein. Daε Maεεenträgheits- moment der Schwungmasse 28 beträgt vorzugsweise 0,05 bis 2 kgm ² . Es ist auch möglich, in dem Schwungradspeicher 26 ein Mehrfaches der zum Starten des Verbrennungsmotors 1 benötigten Energie zu speichern und ihm zum Starten schnell (d.h. in weniger als einer Sekunde) die jeweils nötige Startenergie zu entnehmen.

Bei anderen (nicht gezeigten) Ausführungsformen ist kein gesonderter Zusatzεpeicher 24 vorgeεehen. Hier ist der Zwischenkreisspeicher 19 εo dimensioniert und ggf. außer¬ halb des Wechεelrichters 17 angeordnet, daß er die Funk¬ tionen des Zusatzspeichers 24 mit übernehmen kann.

Der Zwischenkreis mit seinem hohen Spannungsniveau (hier 60 V oder 350 V) versorgt verschiedene Hochleistungsverbrau¬ cher, wie eine Klimamaschine 29 und Servoantriebe 30 mit elektrischer Energie. Während derartige Hochleistungsver-

braucher herkömmlicherweise durch mechanische Kopplung vom Verbrennungsmotor 1 angetrieben werden, erlaubt das hier zur Verfügung stehende hohe Spannungsniveau einen wirkungs¬ gradmäßig günstigeren, rein elektrischen Antrieb.

Eine Steuereinrichtung 31 gibt dem Wechselrichter 17 durch entsprechende Ansteuerung seiner Halbleiterschalter zu jedem Zeitpunkt vor, welche Amplitude, Frequenz und Phase die von ihm zu erzeugende Wechselspannung haben soll. Die Steuereinrichtung 31, die beispielsweise durch ein entspre¬ chend programmiertes Mikrocomputer-System gebildet sein kann, bestimmt zunächεt den Betrag und die Richtung deε Drehmomentε, welcheε die elektrische Maschine 4 zu einem bestimmten Zeitpunkt erzeugen soll. Sie kann dies z.B. mit Hilfe einer Kennfeldsteuerung tun, indem sie als Eingangs¬ information vom Drehtransformator 16 die Winkelstellung der Triebwelle 10, die momentane mittlere Drehzahl und ggf. weitere Betriebsparameter, wie z.B. die Drosselklappenεtel- lung, erhält und auε einem geεpeicherten Kennfeld die mo- mentan zu erwartende Drehungleichförmigkeit in Abhängigkeit von dieεen Betriebεparametern ermittelt. Eine andere Mög¬ lichkeit beεteht darin, die tatεächlich momentan vorliegen¬ de Drehungleichförmigkeit zu ermitteln, z.B. durch Berech¬ nung der momentanen Drehgeschwindigkeit auf der Grundlage der vom Drehtranεformator 16 gelieferten Information und/- oder durch Auεwertung der momentan im Verbrennungsmotor 1 vorliegenden Gasdrücke, welche mit Hilfe von Gasdruckεenεo- ren 32 detektierbar εind, sowie durch Erfassung der momen¬ tanen Drehmoments des Verbrennungsmotors 1 mit Hilfe einer (nicht gezeigten) Drehmomentnabe im Antriebsεtrang. Möglich ist auch eine Kombination von Regelung und Steuerung. Aus dem so ermittelten Wert für die momentane Drehungleichför¬ migkeit wird ein entsprechender (gegenphasiger) Wert für das schnell variierende Soll-Drehmoment der elektrischen Maschine 4 abgeleitet, dem ggf. ein positives oder negati¬ ves Zusatz-Drehmoment gewünschter Stärke additiv überlagert wird. Zum Starten des Verbrennungsmotors 1 kann das Soll-

Drehmoment auf der Grundlage gespeicherter Werte bestimmt werden, die den zeitlichen Soll-Verlauf der Drehzahl oder des Drehmoments der elektrischen Maschine 4 während des Startvorgangε vorgeben, ggf. ergänzt durch eine Messung dieser Größen und eine rückgekoppelte Regelung, welche die Einhaltung der Vorgaben sicherstellt.

In einem zweiten Schritt beεtimmt die Steuereinrichtung 31, welche Amplitude, Frequenz und Phaεe der Spannung bzw. des Stroms vom Wechselrichter 17 bereitgestellt werden muß, damit die elektrische Maschine 4 dieses Soll-Gesamtdrehmo¬ ment herbeiführt. Dieεe Beεtimmung erfolgt bei der elek¬ triεchen Aεynchronmaεchine auf der Grundlage einer feld¬ orientierten Regelung, welche auf einer Modellrechnung der elektriεchen Maεchine 4 beruht und alε Eingangεinformation im weεentlichen die meßbaren elektrischen Ständergrößen (Amplitude, Frequenz und Phase von Strom und Spannung) und die momentane mittlere Läuferdrehzahl verwendet.

In Fig. 2 iεt die Steuereinrichtung 31 als außerhalb des Wechselrichtergehäuses 21 angeordnet dargestellt. Um die Zuleitungsinduktivitäten gering zu halten und auch an der Siedebadkühlung zu partizipizieren, ist sie jedoch bei anderen (nicht gezeigten) Ausführungsformen im Inneren des Wechselrichtergehäuses 21 angeordnet.

Die Steuereinrichtung 31 teilt verschiedene, zur Erfüllung ihrer Steueraufgaben dienende Sensoren bzw. davon abgelei¬ tete Sensorinformationen mit einem Motorsteuergerät 33 zur Steuerung des Verbrennungsmotorε 1. Im einzelnen handelt es sich z.B. um den Drehtransformator 16 (Winkellagegeber) , die Gaεdruckεenεoren 32, daneben (nicht gezeigte) Sensoren zur Erfasεung der mittleren Drehzahl, des Lastzustandes des Verbrennungsmotorε 1 (z.B. über die Drosselklappenstellung) und dessen Drehmoments (z.B. mit Hilfe einer Drehmomentna¬ be) .

Außerdem kommuniziert die Steuereinrichtung 31 mit einer Vielzahl weiterer Steuergeräte: ein (nicht gezeigtes) Ener¬ gieverbrauchs-Steuergerät gibt an, wieviel Energie zum Laden der Fahrzeugbatterie 11, zur Versorgung der Nieder- Spannungsverbraucher 23 und der Hochleistungεverbraucher 29, 30 benötigt wird, so daß die Steuereinrichtung 31 eine entsprechende globale Drehmomentverstellung ΔMe (siehe Fig. lc) veranlasεen kann. Daε Motorsteuergerät 33 gibt der Steuereinrichtung 31 vor, ob die elektrische Maschine 4 zusätzlich zu ihrer Schwingungsverringerungε-Funktion fahr¬ zeugbeschleunigend oder -bremsend wirken soll, so daß diese eine entsprechende globale Drehmomentverschiebung ΔMe ver¬ anlassen kann und ggf. die Drehungleichförmigkeits-Verrin- gerungsfunktion vorübergehend abschalten kann. Entsprechend gibt ein ASR-Steuergerät 34 der Steuereinrichtung 31 bei Vorliegen von Antriebsschlupf vor, daß die elektrische Maschine 4 vorübergehend als generatoriεche Bremse wirken soll, ggf. bevor daε ASR-Steuergerät bei verbleibendem Antriebsschlupf als masεivere Maßnahme ein Einbremεen der betroffenen Antriebεräder durch die Radbremεe veranlaßt. Zusätzlich kann das ASR-Steuergerät seine Schlupfinforma¬ tion an das Motorεteuergerät 33 übergeben, um außerdem eine Verringerung deε Verbrennungεmotor-Drehmoments zu veranlas¬ sen. Das Motorsteuergerät 33 führt auch eine automatiεche Start-Stop-Steuerung des Verbrennungsmotors 1) durch und gibt der Steuereinrichtung 31 vor, ob die elektrische Ma¬ schine 4 den Verbrennungsmotor 1 starten soll.

Bei jeder Art von Bremsen gewonnene Energie wird im Zusatz- Speicher 24 gespeichert, um zum späteren Antreiben der elektrischen Maschine 4 wiederverwendet oder der Fahrzeug¬ batterie 11 zugeleitet zu werden.

Die in Fig. 3 näher dargestellte elektrische Maschine 4 ist bürsten- bzw. schleiferloε und damit verschleißfrei. Sie hat einen Außendurchmeεεer von ungefähr 250 mm und eine

Länge in Axialrichtung von 55 mm und erbringt bei einem

Gewicht von 10-15 kg ein Dauerdrehmoment von ca. 50 Nm und ein Spitzendrehmoment von ca. 150 Nm. Sie kann Drehzahlen erreichen, die den Spitzendrehzahlen üblicher Verbrennungs¬ motoren (ca. 6000 bis 10000 U/min) entspricht und ist dreh- zahlfeεt biε 14000 U/min. Die elektriεche Maschine 4 hat einen außenliegenden Ständer 8, welcher Nuten 35 in Rich¬ tung der Triebwelle 10 (Axialrichtung) aufweist. Der Stän¬ der 8 trägt eine Drei-Phaεen-Wicklung 36, die εo auεgebil¬ det ist, daß sie bei Beaufεchlagung mit Drei-Phaεen-Strom zwölf Pole ausbildet. Pro Pol sind drei Nuten 35, insgeεamt also sechεunddreißig Nuten 35 vorhanden. (Bei anderen (nicht gezeigten) Auεführungsformen sind zwecks Verringe¬ rung von Streueffekten pro Pol wenigstens sechs, vorzugs¬ weise neun Nuten vorhanden.) Die Pole laufen mit der Dreh- strom-Oszillation in einer Kreisbewegung im Ständer 8 um. Für einen bestimmten Zeitpunkt ist ihre momentane Lage durch Pfeile, welche die Bezugεzeichen "S" (für Südpol) und "N" (für Nordpol) tragen, veranεchaulicht. Ein die Nuten 35 nach außen abεchließender Rücken 37 iεt in Radialrichtung relativ dünn, εeine Dicke beträgt (an der Stelle einer Nut 35) vorzugεweise 3-25 mm. Der Ständer 8 ist aus dünnen Statorblechen (die Dicke beträgt hier 0,25 mm) aus einem Material mit niedrigen Ummagnetisierungsverlusten (hier kleiner als 1 W/kg bei 50 Hz und einem Tesla) aufgebaut, mit senkrecht zur Axialrichtung verlaufenden Blechebenen.

Der innenliegende Läufer 9 ist bei der Asynchron-Maschine alε Käfigläufer mit im wesentlichen in Axialrichtung ver¬ laufenden Käfigstäben, die jeweils stirnseitig mit einem Kurzschlußring 38 verbunden sind, ausgebildet. Beim der Synchronmaschine trägt der Läufer 9 eine entsprechende Zahl von Polen wie der Ständer 8 (hier zwölf Pole) , die durch Permanentmagnete oder entsprechend erregte Spulen gebildet sein können. In Fig. 3 iεt die Synchronmaschine ebenfalls veranschaulicht, indem die bei ihr vorhandenen Läuferpole (Bezugsziffer 39) schematiεch angedeutet sind.

Der Luftspalt 40 zwischen Läufer 9 und Ständer 8 ist rela¬ tiv groß; seine Weite beträgt 0,25 bis 2,5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 mm.

Bei anderen (nicht gezeigten) Ausführungsformen ist der Läufer außenliegend und der Ständer innenliegend.

Fig. 4 zeigt einen schematischen Schaltplan deε Wechsel- richterε 17. Man erkennt den Zwischenkreisspeicher 19 in Form einer Kapazität, welcher der (hier nicht näher darge¬ stellte) Zusatzspeicher 24 parallelgeschaltet ist. Die Kapazität symbolisiert eine Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren.

Der Maschinenwechεelrichter 20 wird durch drei parallelge¬ schaltete (aber unabhängig εchaltbare) Schaltergruppen 42 gebildet, wobei jede der Schaltergruppen 42 für die Erzeu¬ gung jeweils einer der drei Drei-Phasen-Spannungen zustän¬ dig ist. Jede der Schaltergruppen 42 ist eine Serienschal- tung zweier (unabhängig εchaltbarer) Schalter 43 zwiεchen dem Plus- und dem Minuεpol des Zwischenkreises. Die Serienschaltung ist mittig (d.h. zwischen den Schaltern 43) mit einer Seite jeweils einer der drei Wicklungen 36a, 36b, 36c der Drei-Phaεenwicklung 36 verbunden; an der anderen Seite εind die drei Wicklungen 36a, 36b, 36c miteinander verbunden.

Parallel zu den Schaltern 43 iεt jeweils eine Freilaufdiode 44 geschaltet. Sie ist so gepolt, daß sie normalerweise sperrt und, nur wenn der gegenüberliegende Schalter geöff¬ net wird, einen aufgrund von Selbstinduktion erzeugten, kurzzeitigen Stromfluß in Gegenrichtung durchläßt.

Jeder Schalter 43 symbolisiert eine Parallelschaltung von mehreren (z.B. fünf) MOS-Feldeffektransistoren, welche von der Steuereinrichtung 31 zur Bildung eines Drei-Phasen-

Stromε gewünεchter Amplitude, Frequenz und Phase direkt angesteuert werden.

Der Gleichspannungsumsetzer 18 umfaßt zwei Unter-Baugrup- pen, nämlich eine, welche elektrische Energie von dem nied¬ rigen Spannungsniveau (12 V) auf das hohe Zwischenkreiε- Spannungsniveau (60 V bzw. 350 V) bringen kann, und eine andere, welche - umgekehrt - elektrische Energie von dem hohen Spannungsniveau (60 V bzw. 350 V) auf das niedrige Spannungsniveau (12 V) bringen kann. Bei Ausführungsformen mit im Zwischenkreiε angeordneter Fahrzeugbatterie kann die erstgenannte Unter-Baugruppe entfallen.

Bei der erεten Unter-Baugruppe handelt es z.B. εich um einen Hochεetzεteller 45. Dieεer wird durch eine Serien¬ schaltung einer mit dem Pluspol der Fahrzeugbatterie 11 verbundenen Induktivität 46 und einen mit deren Minuspol und dem Minuspol des Zwischenkreiεes verbundenen Schalter 47 gebildet, wobei diese Serienschaltung mittig über eine (in Durchlaßrichtung gepolte) Hochεetzdiode 48 mit dem Pluspol des Zwischenkreiεeε verbunden ist. Bei geschloεεe- nem Schalter 47 fließt ein Kreiεstrom vom Plus- zum Minuε pol der Fahrzeugbatterie 11. Nach Öffnen des Schalters 47 sucht eine Selbstinduktionsspannung ein Zusammenbrechen dieseε Stromes zu verhindern, mit der Folge, daß kurzzeitig das hohe Zwischenkreiε-Spannungεniveau (60 V bzw. 350 V) überεchritten wird und Strom durch die (ansonsten sperren¬ de) Hochsetzdiode 48 fließt und den Zwiεchenkreiεεpeicher 19 auflädt. Durch periodisches Öffnen und Schließen des Schalters 47 erzielt man einen quasi-stationären Ladestrom, z.B. als Vorbereitung des Startvorgangs. Bei dem Schalter 47 handelt es sich um einen Halbleiterschalter, welcher direkt von der Steuereinrichtung 31 angesteuert wird.

Die zweite Unter-Baugruppe ist z.B. ein Spannungsunterεet- zer 49, der ähnlich einem Schaltnetzteil funktioniert. Er umfaßt zwei Serienεchaltungen von Schaltern 50 zwiεchen dem

Plus- und Minuspol des Zwischenkreises, mit jeweils paral¬ lelgeschalteten Freilaufdioden 51. Die Enden einer Primär¬ wicklung eines Hochfrequenz(HF)-Transformators 52 sind jeweils mit den Mitten dieser Serienschaltungen verbunden. Die Sekundärwicklung des HF-Tranεformatorε 52 speiεt eine Gleichrichtungs- und Glättungεeinheit 53, welche wiederum die Fahrzeugbatterie 11 und ggf. Niederspannungsverbraucher 23 speist. Die Schalter 50 symbolisieren Halbleiterschal¬ ter, welche direkt von der Steuereinrichtung 31 angesteuert werden. Durch periodisches Öffnen und Schließen der Schal¬ ter läßt sich ein hochfrequenter Wechselεtrom erzeugen, welcher in der Sekundärwicklung deε HF-Tranεformatorε 52 eine entsprechende Wechselspannung auf niedrigerem Span¬ nungsniveau induziert, welche durch die Einheit 53 gleich- gerichtet und geglättet wird. Der genaue Wert der resultie¬ renden Gleichspannung läßt sich mit Hilfe der Schalter 50 durch Variation der Schaltfrequenz genau einstellen.

Das in Fig. 5 dargeεtellte Antriebεεyεtem unterscheidet sich von den anhand der Fig. 1-4 dargestellten Ausführungε- formen dadurch, daß hier - zuεätzlich zu gemeinεamen Nut¬ zung verschiedener Senεoren - auch die Steuerung des Ver¬ brennungsmotors 1 und der elektrischen Maschine 4 durch eine gemeinsame Steuereinrichtung erfolgt.

Und zwar übernimmt hier die Steuereinrichtung 31 die Steu¬ eraufgaben des Verbrennungsmotor-Steuergeräts 33 von Fig. 2, welches deshalb hier entfallen kann. Die Steuereinrich¬ tung 31 steuert einerseits - wie oben erläutert - die Wech- selrichterschalter 43, 47, 50, derart, daß die elektriεche Maschine 4 das gewünεchte Drehmoment (Wechseldrehmoment, ggf. mit global überlagertem Drehmoment für Generatorfunk¬ tion, Bremsen, generatorisches Bremsen, Beschleunigen, sowie ggf. Drehmoment für Starterfunktion) erzeugt, und führt die Start-Stop-Steuerung durch. Andererseits steuert sie den Verbrennungsmotor wie ein Motormanagementsyεtem, d.h. εie εteuert die Kraftstoffzufuhr, Drosselklappenstel-

lung (insbeεondere im Leerlauf) , Kraftstoffeinspritzung (Zeitpunkt und Menge) Zündung (Zeitpunkt), Ventile (Öff¬ nungs- und Schließzeitpunkte) , Kühlung des Verbrennungs¬ motorε 1 (inεbeεondere durch Steuerung der Kühlmitteltempe- ratur), Abgaεrückführung (z.B. durch Steuerung eines Abgas- Rückführungεventilε) , und dadurch Drehzahl (insbesondere im Leerlauf) , Drehmoment, Leistung, Kraftstoffverbrauch und Abgaszusammensetzung des Verbrennungsmotors 1.

Die Steuerung deε Verbrennungεmotors 1 und der Start-Stop- Automatik erfolgt in Abhängigkeit von verschiedenen ver¬ änderlichen Größen: Zum einen in Abhängigkeit von benut¬ zergesteuerten Größen, wie Fahrpedalstellung (und damit ggf. Drosselklappenεtellung) , vorgewählte Fahrgeschwindig- keit, gewählte Getriebe-Gangstufe, Brems- und Kupplungs¬ betätigung und Fahrcharakteristik in der Fahr-Vorgeεchichte (z.B. εportliche Fahrcharakteristik); zum anderen Betriebs¬ größen, wie Drehzahl, Kurbelwellenwinkel, Drehmoment, Gas¬ druck, Klopfen, Antriebsschlupf, Kühlmitteltemperatur, Abgaszusammensetzung, Fahrgeschwindigkeit. All diese Steu¬ eraufgaben werden von der sehr leistungsfähigen Steuerein¬ richtung 31 zur Drehungleichförmigkeits-Verringerung mit übernommen.

Bei anderen (nicht gezeigten) Ausführungsformen übernimmt ein - von einem herkömmlichen Motor-Managementsyεtem abge- leiteteε - Motor-Steuergerät (ähnlich 33 in Fig.2) die Steuerung der Drehungleichförmigkeitε-Verringerung. Dort kann daher die Steuereinrichtung 31 entfallen.

Eine elektrische Einzelmaschine 4 gemäß Fig. 6, welche die Funktion einer elektromagnetischen Kupplung und/oder Syn¬ chronisiereinrichtung für ein nachgeschaltetes Getriebe hat, weist ein inneres und ein äußeres elektromagnetisches Wirkelement auf, die in Anlehnung an bei elektrischen Ma¬ schinen üblichen Bezeichnungsweisen hier Läufer 9 und Stän¬ der 8' genannt werden. Der Läufer 9 ist drehfest mit der

Abtriebεwelle 55 und der Ständer 8' ist drehfest mit der Triebwelle 10 verbunden (bei anderen - nicht gezeigten - Ausführungεformen iεt dieεe Zuordnung umgekehrt) . Die elek¬ trische Maschine 4 ist also zusätzlich zur Läuferdrehung als Ganzes drehbar; der Begriff "Ständer" ist also ange- εichtε dessen Drehbarkeit nur in einem übertragenen Sinn zu verstehen. Während es bei einer feststehenden elektrischen Maschine - z.B. einer Drehfeld-Maschine - möglich ist, die Stromzufuhr auf das festεtehende Wirkelement (d.h. den Ständer) zu beschränken und im drehbaren Wirkelement (d.h. im Läufer) Ströme ohne Stromzufuhr nur durch Induktion hervorzurufen, wird hier - wo beide Wirkelemente drehbar sind - wenigstens einem von ihnen (hier dem Ständer 8') Strom über drehbewegliche elektrische Verbindungen (z.B. über hier nicht gezeigte Schleifer/Schleifring-Kontakte) zugeführt. Die Abtriebswelle 55 ist mit einer mechanischen Kupplung, hier einer gegen das Fahrzeugchasεis oder das Getriebegehäuse abgeεtützten Bremse 62 gegen Drehung fest¬ legbar. Die gezeigte Auεführungεform hat keine Überbrük- kungεkupplung, andere (nicht gezeigte) Ausführungsformen sind jedoch mit einer reib- oder kraftschlüεsigen Über- brückungskupplung zur mechanischen Verbindung der Wellen 10, 55 ausgerüstet. Die Maschine 4 kann im oder am Motor¬ gehäuse, Getriebegehäuεe oder an beliebiger anderer Stelle im Antriebεεtrang 2 plaziert sein.

Die elektrische Einzelmaschine 4 kann verschiedene Funktio¬ nen ausführen. In der Funktion als Schaltkupplung und ggf. als Anfahrkupplung wird ein Gleichlauf der Wellen 10, 55 durch eine solche Einstellung der drehmomenterzeugenden magnetischen Felder der Maschine 4 erzielt, daß Drehzahl¬ gleichheit zwischen den Wellen 10 und 55 herrscht, also der Kupplungεεchlupf zwiεchen Ständer 8' und Läufer 9 genau verεchwindet. Bei einer Aεynchronmaschine wird dies bei- spielsweise durch die Regelung bzw. Steuerung des magneti- εchen Schlupfeε eineε entgegen der Antriebsdrehmoment-Rich¬ tung umlaufenden Drehfelds geeigneter Frequenz und Amplitu-

de erzielt. Eine (hier nicht dargestellte) formschlüssige Überbrückungskupplung eliminiert bei verschwindendem Kupp- lungsschlupf die elektromagnetischen Verluste.

Eine aktive Getriebesynchronisierung dient dazu, die Ab¬ triebswelle 55 während eines Gangwechsels so zu beschleuni¬ gen oder abzubremsen, daß die in Kämmung zu bringenden Getriebezahnräder gleiche Umfanggeschwindigkeiten haben. Diese Funktion kann bei Ausführungsformen der Einzelmaschi- ne 4 auch ohne Kupplungsfunktion realisiert sein. Die Wel¬ lenbeschleunigung oder -abbremsung erfolgt in Abstützung gegen die mit der variablen Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 drehende Triebwelle 10. Der Beitrag dieser Drehung wird bei der Bestimmung und Steuerung der für die jeweilige Synchroniεation nötigen Relativdrehzahl der Maschine 4 berücksichtigt.

Eine Verringerung von Drehungleichförmigkeiten der Trieb¬ welle 10 kann im Stand des Fahrzeugs in Abstützung gegen den dann mit Hilfe der Bremse 62 gegen Drehung festgelegten Läufer 9 erfolgen. Bei angetriebener Fahrt können bei nicht eingekuppelter (oder nicht vorhandener) Überbrückungskupp¬ lung Drehungleichförmigkeiten der Abtriebswelle 55 durch schnelles Variieren des übertragenen Drehmoments verringert werden, und zwar durch dessen Verkleinerung (d.h. einer Vergrößerung des Kupplungsschlupfes) bei positiver Dreh¬ ungleichförmigkeit und dessen Vergrößerung (d.h. einer Verkleinerung des Kupplungsεchlupfes) bei negativer.

Zusatzbeschleunigung oder -bremsung ist bei nicht einge¬ kuppelter Überbrückungskupplung durch Erzeugung entspre¬ chenden Drehmomente - oder anders ausgedrückt - kleineren oder größeren Kupplungsschlupfes möglich. Die elektrische Maschine 4 kann in eine ASR-Regelung derart einbezogen sein, daß bei zu großem Antriebsrad-Schlupf der Kupplungs¬ schlupf augenblicklich vergrößert und damit das an den Antriebsrädern anliegende Moment verkleinert wird. Eine

Generatorfunktion zur Stromerzeugung wird durch dauernd aufrechterhaltenen Kupplungsschlupf erzielt.

Die elektrische Maschine 4 kann den Verbrennungsmotors 1 direkt in Abstützung gegen die durch die Bremεe 62 feεtge- legte Abtriebswelle 55 starten. Bei einer anderen Ausfüh¬ rungsform, bei der die Maschine 4 hierfür kein ausreichen¬ des Drehmoment aufbringt, kann sie unter Ausnutzung der elektromagnetischen Kupplungsfunktion als verεchleißfreier Schwungradεtarter dienen. Hierzu beεchleunigt die elektri¬ sche Maεchine 4 zunächεt bei nicht eingelegtem Gang und gelöster Bremse 62 den dann freilaufenden Läufer 9 zusammen mit der Abtriebswelle 55 in Abstützung gegen die Triebwelle 10 und die Kompression des noch nicht laufenden Verbren- nungsmotors 1 auf eine relativ hohe Drehzahl, z.B. auf 2000 U/min. Dann wird die elektrische Maschine 4 innerhalb kur¬ zer Zeit so umgesteuert, daß sie ein bremsendes Moment, also Kraftschluß zwischen dem Läufer 9 und dem Ständer 8' herstellt. Dadurch werden der Läufer 9 mit der Abtriebs- welle 55 und der Ständer 8' mit der Triebwelle 10 schnell auf eine gemeinsame mittlere Drehzahl (z.B. 800 U/min) gebracht und der Verbrennungsmotor l gestartet.