本发明涉及一种无轨迹限制的运输工具，属于权利要求1前序部分的技术领域，其中，至少一个用于驱动的轮子与一个电机相连接，该电机，通过一个电子能量分配器，根据由控制单元产生的并取决于驾驶信号的控制信号参量获得电流，其由一个与内燃机连接的发电机提供。 因此，本发明尤其涉及用于公路交通的客车和载重汽车。一般说来，这种运输工具装备有内燃机以提供必需的驱动能量。而借助电池供能的电机驱动的运输工具数额则是非常小的。
在一个内燃机情况下，该发动机相对于转数的特有转矩曲线需用一个换挡或自动传动装置，以便根据负载和希望的运行状态，将相应必需的转矩及功率提供给驱动轮。
在用电驱动地运输工具情况下，基本不要求在运输工具的驱动路线中有一个传动装置（变速箱），因为电机可在一个宽的转数范围内产生相对高的转矩，所以换挡装置可以省去。
已经有人建议一种上面所述类型的无轨迹限制的运输工具、其中，一个内燃机-发电机单元（VGE）产生电流，它通过一个能量分配器-功率电子单元输送给与运输工具轮子连接的电机上，同时，将电流输入给电机，是依据一个用作额定信号的驾驶信号并考虑到内燃机的运行状态来实施的。
这样一种驱动装置可有许多优点，其对于具有一般内燃机的驱动装置是不可实现的或者至少需用巨大的耗费才可实现的。例如，不用大的花费就可实现一种轮子转差率控制。在刹车过程中，与轮子连接的电机就可以作为发电机工作。所获得的电能例如可以用作加热目的或者类似的应用。
如果将这样一种具有与内燃机连接的发电机和由电机驱动的车轮例如应用在城市交通中，那么，内燃机的运行就必须与相应的功率需求相适应，也就是说，内燃机的转数是如此变化的，即，它应满足相应必需的功率要求。在内燃机转速频繁变化情况下，然而会导致一个对内燃机效率的损害;因为，由于频繁的转数变化，就自然地会使发动机频繁地出入于一个特性场区而运转，所以此时，发动机参数就不可能在给定功率下具有如最小燃料消耗、最小排气污染，最小噪声发放和类似参数的理想值。
在同类型申请案DE3725620A1中，公开了一个用于载重汽车的驱动与刹车方案。该汽车具有一个内燃机，它驱动一个发电机，而内燃机是一个摆动活塞发动机。由发电机产生的电流，则通过一个设置成功率电子单元的能量分配器按照取决于驾驶信号的控制信号输送给电机，而电机与相应的驱动轮相连接，或者必要时，以部分方式在一个摆动轮贮存器中作中间贮存，该摆动轮贮存器包括一个可作为电机或发电机驱动的电动机械。在运输工具刹车时，该驱动电动机被一个影响运行操作的电控制单元换挡成发电机运行。这样，至少一部分刹车能被转换成摆动轮贮存器的电能而可以利用，在必要时，该控制单元就可以将摆动轮贮存器的能量通过功率电子单元输送给驱动电机。该摆动活塞发动机在此系统是以恒定转数运转的，此时，与摆动活塞发动机固定连接的发电机应该不断地产生具有不变负载频率的变化电流。而驱动轮的转数，则通过一个相应的频率转换器，由控制单元调节到希望的数值上，这样，在此途径上，似乎是存在一个位于摆动活塞发动机和驱动轮之间的无级电传动装置。控制单元的构件是一个“特性曲线族-程序设计”的微处理机，它在运输工具刹车时，将刹车必需产生的作用力分配在一个传统的车轮刹车系统上和在发电机工作时运行的电驱动电机上。该特性曲线族-程序设计同时涉及到内燃机运行以外的特性曲线族数据（例如：摆动轮贮存器的荷电状态，以及通过频率转换器提供的交变电流的电流频率和行驶速度及操纵踏板位置）。而使内燃机根据其特性曲线族数据如何满足不同的功率需求的控制（特别是相关于节气阀位置的转数/转矩特性、点火角调整、消耗、有害物质量和其成分、噪声发放、构件组合体磨损）则是不重视的。对此，可以确定在这种运输工具中任意的运行状态下，不存在对于内燃机而言最佳化的驱动运行。
本发明的任务是，对所述类型的无轨迹限制的运输工具作如此地改进，即，除了由内燃机和发电机构成的单元外，还应用一个能量储存器作为能源，以使内燃机的运行最佳化。
这一任务是通过具有本发明权利要求1特征部分之技术内容的无轨迹限制的运输工具来解决的。本发明的优选扩展方案将通过从属权利要求2至9的特征内容加以说明。
关于能量储存器、涉及的是一个可以相对迅速地提供能量的储存器。它可以原则上涉及一个机械式储存器，例如一个摆动轮，然而最好是一个用于贮存电能的蓄电池。
如开头提及的，在无轨迹限制的运输工具情况下，是依据驾驶信号将电流输送给与车轮连接的电机上，一个或数个（最好至少2个或4个或用于每个车轮的一个）。这个驾驶信号例如由一个置于运输工具上的“油门杠杆”（驾驶踏板）来产生，这与一个传统的载重汽车上的情况类似。
现在，本发明控制单元是如此设置的，即，将电流输送给电机，是在考虑由驾驶信号代表的驾驶意愿前提下，既可以直接由内燃机-发电机单元提供，也可以直接由能量储存器提供，还可以由两个能源提供。同时重要的是，控制工作要考虑予先调定的边界条件。
边界条件涉及到下面参数之一或多个的最佳化设置：
a）燃料消耗：
b）排气量和排气成分;
c）噪声发放;和
d）构件组合要求。
下面的阐述首先涉及参数“燃料消耗”，尽管本发明平均地涉及其余的参数。特别地，人们可以考虑更多的参数，同时，相应的内燃机特性线曲线族可以重叠起来或者合并在一起。并且，人们也可以对单个的参数以相等的强烈程度或不等的强烈程序予以重视。如果在确定边界条件时特别考虑排气量和排气成分，那么本发明方案还允许以高标准满足关于有害物排放的环境保护的严格规定。
在本运输工具的运行中一个基本参数是符合自然的燃料消耗。对于每个内燃机都存在一个特性曲线族，例如是转矩随转数变化的曲线。有一个区域，其中，所谓的单位燃料消耗是最低的。涉及到一个确定的发动机功率情况下，分别对应于一个确定的发动机转数和一个确定的发动机转矩，都可得到一个最佳的低燃料消耗。此外，还存在一个点，此处，单位燃料消耗绝对是最低的，亦即发动机具有其最有利的效率。在与此运行点相对的较低转数下，虽然消耗还是较低的，但是功率则过分猛烈地下降了。在所述点上方的一个转数情况下，功率虽然增加了，但是与燃料消耗的增加相比较却是相对微小的。因此，若可能的话，内燃机应该经常地在一个区域内工作，该区位于单位消耗绝对最低点的附近。这一目标，让本发明在相当宽的界限内实现了。依据驾驶意愿（其通过驾驶信号所代表），本发明控制装置规定，用于驱动既可以单独使用内燃机-发电机单元;也可以单独使用能量储存器;或者还可以两个能源联合使用。全部必需的驱动能不断地以电能形式提供。同时，电流到电机的输送是通过一个能量分配器-功率电子单元实现的。
本发明，对边界条件是通过一个内燃机运行特性曲线族的分区限定的，同时，对应能量储存器设置一个状态传感器，它检测能量储存器的荷电状态。控制单元借助驾驶信号检测电机或电机组的功率需求。依据功率需求和能量储存器的荷电状态，内燃机的运行就调节到一个有利的特性曲线族的分区。
如上面表示的，一个第一分区包括一个涉及至少一个参数的最佳化运行状态，例如，在给定发动机功率下的最小燃料消耗。然后，内燃机的运行，只要电机的功率需求停留在规定的界限内就保持在该分区。电机则由发电机供能。必要时，剩余的能量充入能量储存器中。在这一运行状态，驱动效率是最高的，而发动机工作在最小的单位燃料消耗下。
该对应于第一分区的上边和下边的功率及转矩界限是可以变化的，并且是依据能量储存器的荷电状态而改变。
当功率需求提高到大于内燃机发电机单元发出的功率，只要VGE单元在最佳消耗区域工作，那么，不同的选择是可能的：
内燃机工作在较远离最佳消耗的区域。附加的功率由能量贮存器提供。如果该功率需求只是短期限的，那么内燃机就保持在具有最佳燃料消耗的运行状态。
在较长时间的功率需求提高情况下，特别是当一个提高的功率需求预见是较长时间间隔时，那么，首先附加的能量由能量储存器提取，然后，内燃机的转数提高，直至其可能发出最大功率，在内燃机功率提高的程度上，由能量储存器提取的功率则减小。
当内燃机工作在很高功率区域和一个附加的功率需求存在时例如在一个换低档“kick-down”，那么内燃机就要置于最高功率的区域，并且附加地从能量储存器提取能量，以便使运输工具还要较强烈地加速。此时，控制单元应考虑，由能量储存器提取的附加功率是时间有限的。通过适当的限制从能量储存器提取功率就可以实现，例如，确保在一个确定的时间间隔内以很高的功率实施一个超越过程，也就是加速过程。
理所当然，也可以短暂的是电池运输工具一般的运行状态，即，全部的输送给电机的功率是由能量储存器提取的。
当运输工具的功率需求较小于内燃机在最佳燃料消耗区域提供的功率时，本发明规定，内燃机是间断地运转的，也就是说，交替地被接通，以使其工作在最佳消耗的区域，同时，中间短暂的断开。这一运行方式在城市交通中是特别有利的，因为，不仅可实现一个很有利的燃料消耗，而且同时可以实现一个减小的有害物排放。相应的驱动运输工具必需的功率则由储存器提取，并且一个监视能量储存器荷电状态的传感器可发出信号，以使内燃机及时启动给能量储存器充电。
上面提及的情况，是要结合一个例如限时元件来实现的，内燃机要向高位移动并直至实现最大的功率，而附加的功率需求由能量贮存器提供。当提高的功率需求比一个预定的时间间隔较长的保持时，那么内燃机，在附加功率首先由能量储存器提供之后向高位移动。而内燃机向高位移动的时间点也取决于储存器状态。此外，人们可以在控制单元设置一个学习程序，其将例如频繁度贮存起来，依此，在一个相对长的时间间隔内平均存在一个提高的功率需求。如果这个频繁性是很高的，那么内燃机就可以仅在每一个很短的时间间隔结束之后向高位移动，因为已经预见，很可能存在一个较长时间保持的较高功率需求。亦即，该学习程序检测出功率需求提高的连续频繁性和延续，然后，根据这些数据通过与内燃机功率适应的时间点的概率评估作出决定。
本发明装置还能够通过能量分配器对刹车能进行利用。在刹车时，电机作为发电机工作，并通过能量分配器-功率电子单元将电能回送到能量储存器。人们还可以同时或选择性地将刹车能应用于加热的发热的电阻上。
在对上述的变型方案选定时，作为部分内容特别强调能量储存器的荷电状态和容量。为了避免，特别在超越过程的危险状况，按目的需求，应对贮存器的能量提取进行监视和显示，以使驾驶员及时获知，贮能器绝大部分已耗尽了。
下面借助附图，详细说明本发明的实施例。它表示：
图1是一个具有电转换器和用蓄电池作为能量储存器的汽车方框原理简图，
图2是一个100-kw（千瓦）内燃机特性曲线族，
图3是汽车驱动装置可能的运行状态简图。
此处，图1以简图方式表明一个客车的基本构件;下面将以“VGE”缩写表示一个内燃机-发电机-单元2，其中包括一个内燃机4和一个与其输出轴刚性连接的发电机6。由发电机6产生的电功率，通过导线L1传送到一个设置成能量分配器8的电子功率单元，它通过导线L2和L3将电流输送给两个电动机12及16，而这两个电机分别与汽车的一个后轮14及18相连接。
在图1中的左下方表示，另外的两个汽车轮也可以通过电机进行驱动。
将电流从能量分配器8输送给电机12和16，是一个控制单元20控制的，它接收由VGE2来的关于转数和转矩的信号并接收由电机12及16发出的关于其转数的信号，此外还接收此处未插绘的传感器的传感信号S。这种形式的信号例如是一种操纵杠杆-位置信号，它用来表明驾驶踏板（油门杠杆）相应的转角位置。一个另外的由控制单元20接收的传感器信号例如是一个速度信号，它是由汽车的一个转动轴提供的。此外，还应考虑以一个刹车信号，一个加速信号，一个冷运行/热运行信号，一个点火角信号和类似的信号作为传感器信号。
该控制单元20包括一个微处理机和一个储存单元，它将控制程序和特性曲线族的数据以及类似参数贮存起来。
当汽车驾驶员操纵驾驶踏板时，则该位置信号就作为传感器信号输送给控制单元20。该控制单元20就可以依此根据时间和通过差值比例器得出一个用于操作操纵杆的速度信号。此外，还可以获得一个用于操纵杆的加速信号借助这些数据，就可以反导出相应的驾驶员意图。在高的操纵杆速度下，例如希望一个高的汽车加速度，并且，假如操纵杆被完全或几乎完全压到底的情况，就可达到一个相当高的最后速度。
该控制单元20可将这些信号通过控制程序转换成控制信号，其被送入能量分配器8。在图1中，能量传输导线用细实线表示，而信号传输导线用断续线表示。根据该控制信号，使能量分配器向两个电机12和16提供电流，以便使驱动达到驾驶员所希望的方式。
作为特别的特征，该汽车还具有一个能量存储器，它在此处被设置成贮存电能的蓄电池。该蓄电池通过两条电导线L4和L5与能量分配器8相连接，以便通过导线L4将能量送入该蓄电池，并通过导线L5将能量从蓄电池中输出。
该能量分配器8是以专业技术人员原则上公知的方式如此设置的，即输送给电机12和16的能量，是以选择方式通过导线L1由VGE，和/或通过导线L5亦即由能量储存器22提供的。
一个传感器24将代表能量储存器22相应负载状态的信号送给控制单元20。
图2表示一个100-kw-四冲程发动机典型的特性曲线族。在纵坐标上是转矩值，在横坐标上代表转数。一个断续线bv表示在不同的功率要求下，相应于确定转速的最佳消耗。在图2中该线bV被分割成三个用阴影线描绘的区域，也就是说，一个中间区域A，一个上边区域B，和一个下边区域C。
该中间区A处于一个用“较高线”包围的区域，其中，给出发动机一个确定的单位消耗。这个区域（耳轮状区）是发动机应该尽可能工作的区域，以便使发动机实现一个总的高效率和一个小的单位消耗。
该上边的区域B表示的是较高的转速和较高的转矩（与此相关的是较高的功率，因为功率是由转速和转矩的乘积得出的）。该下边的区域C表示一个在低转矩或低功率时的很低转速情况。
在存储单元内，例如以表格形式贮存了内燃机的特性值。在图2中描绘的区域A、B、C、构成了汽车整个驱动单元运转的边界条件。在本实施例中，力图实现一个尽可能小的燃料消耗，亦即一个总的尽可能小的能量需求，但同时，又应该尽可能地满足相应的驾驶员意愿。这就是说;如果驾驶员希望汽车有一个很高的加速，那么在此意愿之后发生的是，如何将电流输送给电机12和16，这要考虑所述的边界条件以选择方式决定从VGE2和/或由能量储存器22完成。
就图2而言，一个尽可能小的能量消耗区意味着发动机应该尽可能工作在区域A中和点bemin上，也就是说，在该点工作时是绝对最低的单位消耗。在图2中，区域A沿纵坐标方向通过一个基本的转矩区。这样意味着，用于不同功率需求的最佳消耗的曲线bV也可能离开基本的界限。对此的先决条件是，VGE的效率总还是大于储存器效率。假若人们使发动机尽可能地靠近点bemin运行，那么，在每次提高的功率需求时，这附加的功率就要由储存器提供，这样一来通过储存转换所造成的不可避免的能量损失就可能高于这个效率差，即理想的效率和因为离开曲线bV而限定的效率变坏之间的差值。
原则上，在区域A中，只要电动机12和16的效率高于储存器的效率，则其功率需求是直接由VGE提供。储存器的效率是从储存器输入给电机的能量Eaus和输入给储存器的能量Eein的比值：
ηAKKU＝ (Eaus)/(Eein) （1）
该为了储存一定数量能而输入的能量Eein包括荷电的能量、用于储存过程消耗的能量和储存器放电消耗的能量。
VGE的效率可表示为内燃机的效率与电机效率的乘积;
ηVGE＝ηVerb-Mot×ηGen（2）
VGE可以在接满足功率需求的条件是：
ηVGE≥ηAKKU（3）
该区域A的边界可被拉到多远，完全取决于能量储存器22的荷电状态。在储存器满荷的情况下，所述边界就可以延伸的相对远一些。在控制单元中，例如用于区域A的边界值被储存起来，这些边界值可以与一个取决于能量贮存器22的荷电状态的因数相乘。而这个荷电状态将通过控制单元20的储存器24获知。
当驱动装置工作在区域A中和电机12和16需求的能量稍低于内燃机在最佳运行状态所发出的能量时，则剩余的电荷就通过能量分配器8输入到能量贮存器22中。
当电机12和16的功率需求提高了例如，汽车正处于爬坡或驾驶员想使汽车汽车加速，那么就发生了图3a描绘的可能性，亦即VGE以基本上稳定的转数工作在最佳消耗点bemin的附近，此时，附加的功率需求则由能量储存器22提供。在图3a中表示的是，不仅VGE2而且能量储存器（AKKU）22通过导线L1及L5和能量分配器8是供源的连接。在图3a的右边，描述了依赖于时间的功率需求。在上面区域是用阴影描绘的，并表明了由量储存器22每单位时间中提供的能量。这一能量补充了由VGE2所提供的能量，为的是达到额定值Psoll。
当电机12和16在短时间内发生了功率需求增高时，在图3a中描绘的状态是很有意义的。
图3b表明了一个运行状态，它最初与图3a的状态相一致，也就是说，最初是收在理想运行状态工作的VGE2提供能量，后由能量储存器22的能量补充至额定值Psoll。但是，从一个时间点tX起，内燃机的转数提高了。就能量数额而言，直接由VGE2提供给电机12和16的能量增多了则由能量储存器22附加提供的份额相应减小。
时间点tX可以例如过一个限时元件来确定。当一个功率需求发生提高时，则在控制单元20内部的限时元件就起动了。如果当通过限时元件所确定的时间间隔用完了仍还存在功率需求的话，则VGE2就要向高状态移动。这一措施是符合目的要求的，因为，由能量储存器22提供的能量已近耗尽，而且必须避免能量储存器22过度强烈地放电。
直止VGE2向高位移动的时间间隔可以随能量储存器22的荷电状态而发生变化。还可能的是，VGE2的高位移动是由于某些频繁出现的相对长时间存在的附加功率需求而引起的。此时，控制单元20就可能将它们归纳为与图3b中描绘的运转状态相一致的情况。如果在一个时间间隔内例如10分钟或者30分钟内出现多次相对长时间的增高的功率需求，那么，时间点tX就可能在图3b中较多地向左移动，这是因为，控制装置“知道”，一个较长的提高的功率需求将以很高的可能性相继发生。
图3c表示的状态是VGE2发出最大的功率，操纵踏板几乎完全被压到底。现在例如一个“换低档”（kick-down）在时间点t1发生了，那么从时间点t1起，该能量储存器就附加地接通，同样，能量就通过导线L5提供。当VEG2实际上已发出最高功率时，则这一措施就可实现一个附加的推力。然而，这样一个附加的推力，当例如处于一个超越过程时，特别是在一个爬坡的超越过程中是很有意义的。
当然，必须注意的是，在图3c中描绘的从时间点t1起的状态，只是一种有限的可能，因为此时，能量储存器22是持续放电的。借助一个提醒显示装置，驾驶员就可以获得这种特别大的加速状态还可能维持多么长的信息。依此，驾驶员就能采取适当的措施。
在图3a，3b和3c中描绘的状态与区域B的运转工说相对应，亦即，一种提高的功率需求工况。按照图3a的工况运行是不值得的，因为，使VGE2的运行工况往高位移动，则导致一个短时的附加功率需求要由能量储存器22完成。
对于图3b的情况，在储存器较长时间保持运转时，该储存器将过度迅速地放电。
对于图3c的情况，就会产生一个附加的“功率尖峰”，以便能例如实现一个提高的加速。
按照图3d，仅仅是能量储存器22与能量分配器8通过导线L5相连接。这一状态不仅可以与区域B，而且可以与区域C相对应。在很高的功率需求情况下，全部的功率可以由蓄电池提供。但是，这一状态在实践中几乎无人感兴趣。与此相反，在区域C中的运转却是令人感兴趣的，也就是说，在某一区域，此时，处于理想运行状态运转的内燃机将明显多于电机12、16需求的能量提供给发电机。在这种情况下，VGE2就可完全断开，而驱动工作可单独地用能量储存器22中的储能完成。这一运转方式，特别在密集的城市交通中、在堵车和类似情况下是很有利的。当能量储存器22放电到一个基本程度时，发动机就又可以接通了。
在图3e中描绘的状态与特性曲线族的A区相对应。该全部的功率直接由VGE2来提供。可能剩余的能量则通过能量分配器8从AGE2输入到能量贮存器22中。
上面描述的实施例都涉及到专门参数“燃料消耗”。将电流从VGE2和/或由能量储存器22输送到电机12和16的控制是按照尽可能小的能量消耗原则实施的。但是作为优选或附加方式，也可以将其他运行参数用于控制的决定参数。此时，特别提及的是排气量和排气成分，因为，通过这样一种控制，可以用相对简单的措施，将有害物的排放控制在一个平均很微小的数值上。
此外，也可以将噪声发放和/或构件组合要求作为运转参数。该构件组合要求，对于特别适于“竟赛运动”的运行方式时是特别高的。因为，频繁的高转数和频繁的负载变化，对机械式运动构件有特别的要求。这些不同的运行参数，也可以共同地，总与一个确定重量相关地参与控制。
还要求，实现这些不同的控制方案，不能有不可忽略的耗费。特别是，既不能需求用于大容积附加驱动构件的附加结构空间，也不能允重量增加。在城市交通以及所谓的“停和开”交通中，能够以符合环境保护的运行方式运转，同时，还可以实现长距离的运行特性，其不落后于传统的内燃机汽车。