DE102013203424A1

DE102013203424A1 - Antriebsanordnung zum Antreiben von Nebenaggregaten in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102013203424A1
Application number: DE201310203424
Authority: DE
Inventors: Mark Eifert; Leonhard Bartsch
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2013-09-26
Also published as: CN203358347U; DE202013100868U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung (1) in einem Kraftfahrzeug (10) zum Antreiben von Nebenaggregaten (2, 3) des Kraftfahrzeugs (10). Die Antriebsanordnung umfasst eine Motorwelle (5) eines Antriebsmotors (4), die mit einer Riemenscheibe eines Riementriebs (6) verbunden ist, wobei die Nebenaggregate (2, 3) mit dem Riementrieb (6) verbunden sind, so dass eine Antriebsverbindung zwischen den Nebenaggregaten (2, 3) und der Motorwelle (5) hergestellt ist. Dabei ist die Kupplung (7) dazu ausgebildet, die Verbindung zwischen Motorwelle (5) und Riemenscheibe lösbar herzustellen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Antriebsanordnung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung in einem Kraftfahrzeug zum Antreiben von Nebenaggregaten des Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Gattungsgemäße Antriebsanordnungen werden herkömmlicherweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um eine Antriebsverbindung zwischen den Nebenaggregaten des Kraftfahrzeugs und seiner Motorwelle sicherzustellen. Die Motorwelle ist mit einem Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs verbunden und wird von ihm angetrieben. Die Drehzahl der Motorwelle ist in der Regel identisch oder direkt proportional zu der Drehzahl des Antriebsmotors. Über die Antriebsverbindung zwischen den Nebenaggregaten und der Motorwelle ist somit ein Antrieb der Nebenaggregate durch den Antriebsmotor ermöglicht.
Herkömmlicherweise umfasst die Antriebsanordnung einen Riementrieb, über den die Antriebsverbindung zwischen den Nebenaggregaten und der Motorwelle herstellbar ist. Zur Herstellung der Antriebsverbindung sind sowohl die Motorwelle als auch die Nebenaggregate mit dem Riementrieb verbunden. Herkömmlicherweise ist die Motorwelle mit einer Riemenscheibe des Riementriebs verbunden. Die Verbindung zwischen den Nebenaggregaten und dem Riementrieb kann ebenfalls über eine oder mehrere Riemenscheiben erfolgen. Beispielsweise kann jeweils ein Nebenaggregat mit jeweils einer Riemenscheibe des Riementriebs verbunden sein. Es ist jedoch auch möglich, mehrere Nebenaggregate über nur eine Riemenscheibe des Riementriebs anzutreiben. Auch kann beispielsweise ein zweiter Riementrieb vorgesehen sein, über den mehrere Nebenaggregate angetrieben sind, und der mit einer Riemenscheibe des Riementriebs verbunden ist. Üblicherweise ist der Riementrieb als Keilriementrieb ausgebildet. Es sind jedoch auch andere Ausgestaltungen des Riementriebs, beispielsweise als Zahnriementrieb oder als Kettentrieb, möglich.
Üblicherweise umfassen Kraftfahrzeuge mehrere Nebenaggregate, wie beispielsweise eine Lichtmaschine, einen Klimakompressor, eine Wasserpumpe, eine Ölpumpe und/oder eine Hydraulikpumpe für die Servolenkung. Der Antrieb der Nebenaggregate erfolgt über die Antriebsanordnung, wobei herkömmlicherweise eine dauerhafte Antriebsverbindung zwischen den Nebenaggregaten und der Motorwelle hergestellt ist, so dass der Antrieb der Nebenaggregate sicher gewährleistet ist, von denen zumindest einige für den Betrieb des Kraftfahrzeugs zwingend notwendig sind.
Allerdings bringt die dauerhafte Antriebsverbindung zwischen den Nebenaggregaten und der Motorwelle verschiedene Probleme mit sich. So werden beispielsweise die Nebenaggregate über einen sehr weiten Drehzahlbereich angetrieben, da die Drehzahl des Antriebsmotors, und damit auch die der Motorwelle, je nach Betriebszustand des Antriebsmotors in einem Bereich von ca. 800 bis 8000 Umdrehungen pro Minute variieren kann. Dies bringt eine sehr hohe Belastung des Riementriebs und der Nebenaggregate mit sich. Riemenantrieb und Nebenaggregate müssen daher für einen Antrieb in dem gesamten Drehzahlbereich, der durch den Antriebsmotor vorgegeben ist, ausgelegt sein. Dies bringt eine entsprechend aufwendige, teure und bezogen auf die Masse schwere Konstruktion des Riementriebs und insbesondere der Riemenscheiben und der Nebenaggregate mit sich. Darüber hinaus treten insbesondere bei hohen Drehzahlen hohe Reibungsverluste in dem Riementrieb auf, wobei die Reibungsverluste näherungsweise direkt proportional zu der Drehzahl der Riemenscheiben des Riementriebs sind. Darüber hinaus kann sich zumindest bei einigen der Nebenaggregate, wie etwa der Lichtmaschine, bei hohen Drehzahlen der Wirkungsgrad verringern. Weiterhin sind die Nebenaggregate dadurch, dass sie über den gesamten Drehzahlbereich des Motors mit dem Motor verbunden sind, auch in solchen Drehzahlbereichen mit dem Antriebsmotor verbunden, in dem dieser einen geringen Wirkungsgrad hat. Bei fremdgezündeten Motoren sind dies üblicherweise die Bereiche bei einer sehr niedrigen und bei einer sehr hohen Drehzahl des Antriebmotors, bei selbstzündenden Motoren sind dies herkömmlicherweise die Bereich bei mittleren bis hohen und/oder sehr hohen Drehzahlen. Bei einem Antrieb der Nebenaggregate in Drehzahlbereichen, in denen der Antriebsmotor einen geringen Wirkungsgrad aufweist, muss dem Antriebsmotor für die Realisierung des Antriebs der Nebenaggregate wesentlich mehr Energie zugeführt werden als in solchen Drehzahlbereichen, in denen der Antriebsmotor einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Somit arbeiten herkömmliche Antriebsanordnungen zum Antrieb von Nebenaggregaten nicht effizient.
Darüber hinaus erschwert die herkömmliche Ausgestaltung von Antriebsanordnungen für Nebenaggregate den Startvorgang des Antriebsmotors. Zum einen müssen die Nebenaggregate, die in einer Antriebsverbindung mit der Motorwelle stehen, von dem Starter des Antriebsmotors während des Startvorgangs mit angetrieben werden, so dass an der Motorwelle ein hohes Massenträgheitsmoment anliegt. Zum anderen können sich während des Startvorgangs Schwingungen in dem Riementrieb mit den angekoppelten Nebenaggregaten ausbilden, die dem Starten des Antriebsmotors entgegenwirken.
In dem Stand der Technik wurde den beschriebenen Problemen auf verschiedene Arten begegnet. Beispielsweise wurde das Abkoppeln einzelner Aggregate, insbesondere der Lichtmaschine, während des Startvorgangs vorgesehen. Dadurch konnten zumindest die Probleme während des Startvorgangs des Antriebsmotors verringert werden. Darüber hinaus ist aus dem Stand der Technik bekannt, die Nebenaggregate an dem Riementrieb so anzukoppeln, dass das Übersetzungsverhältnis zwischen Riementrieb und Nebenaggregaten veränderbar ist, so dass das Verhältnis zwischen der Drehzahl des Antriebsmotors und der an den Nebenaggregaten anliegenden Antriebsdrehzahl veränderbar ist. Dadurch kann beispielsweise vermieden werden, dass die Nebenaggregate mit einer sehr hohen Drehzahl angetrieben werden, so dass der Verschleiß der Nebenaggregate verringert werden kann. Allerdings hat keine der aus dem Stand der Technik bekannten Herangehensweisen zur Eindämmung der obenbeschriebenen Probleme zu einer befriedigenden Lösung der Probleme geführt.
Ausgehend von dem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung in einem Kraftfahrzeug zum Antrieb von Nebenaggregaten des Kraftfahrzeugs bereitzustellen, durch die die obenbeschriebenen Probleme herkömmlicher Antriebsanordnungen zumindest teilweise behoben werden.
Als eine Lösung der genannten technischen Aufgabe schlägt die Erfindung eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor.
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Kupplung umfasst, die dazu ausgebildet ist, die Verbindung zwischen Motorwelle und Riemenscheibe lösbar herzustellen. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass die Wahl einer geeigneten herkömmlichen Kupplung je nach Ausgestaltung der Antriebsanordnung und zu erwartender Belastung der Kupplung vorgenommen werden kann. Dabei hat sich insbesondere der Einsatz einer Reibkupplung als vorteilhaft herausgestellt. In einem ersten Betriebszustand der Kupplung ist die Antriebsverbindung zwischen den Nebenaggregaten und der Motorwelle zum Antreiben der Nebenaggregate mittels der Motorwelle hergestellt. In einem zweiten Betriebszustand der Kupplung ist diese Antriebsverbindung gelöst, wobei die Motorwelle und die Riemenscheibe in diesem zweiten Betriebszustand nicht miteinander verbunden sind. Die Kupplung kann möglicherweise weitere Betriebszustände aufweisen. Beispielsweise kann der erste Betriebszustand mehrere weitere Betriebszustände umfassen, so dass eine abgestufte oder stufenlose Veränderung der Relation zwischen der Drehzahl der Motorwelle und der Drehzahl der Riemenscheibe durch die Kupplung ermöglicht ist.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Antriebsanordnung bringt verschiedene Vorteile mit sich. So können durch die eine Kupplung sämtliche Nebenaggregate und der Riementrieb von der Motorwelle abgekoppelt werden, so dass das an der Motorwelle anliegende Trägheitsmoment stark verringert ist. Dies kann insbesondere für den Startvorgang des Antriebsmotors vorteilhaft sein. Weiterhin ist es durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Antriebsanordnung auch ermöglicht, dass die Antriebsverbindung zwischen Nebenaggregaten und Motorwelle nur dann hergestellt ist, wenn ein effizienter Antrieb gewährleistet ist. Die Effizienz des Antriebs kann beispielsweise durch den Wirkungsgrad des Antriebsmotors, der beispielsweise durch seine Drehzahl und/oder Betriebstemperatur vorgegeben sein kann, und/oder durch den Wirkungsgrad der Nebenaggregate, der beispielsweise durch die Antriebsdrehzahl des Antriebs an den Nebenaggregaten vorgegeben sein kann, mitbestimmt sein. Darüber hinaus können die Nebenaggregate beispielsweise dann von der Motorwelle angekoppelt sein, wenn die volle Leistung des Antriebsmotors für den Antrieb der Räder des Kraftfahrzeugs in Anspruch genommen werden soll.
Dadurch, dass durch eine Kupplung die Antriebsverbindung zwischen sämtlichen einem Riementrieb anliegenden Nebenaggregaten und der Antriebswelle lösbar herstellbar ist, ist eine sehr einfache und kostengünstige Konstruktion der Antriebsanordnung möglich, mit der die obenbeschriebenen Vorteile realisiert sind. Der Erfindung liegt somit auch die Erkenntnis zugrunde, dass die obenbeschriebenen Vorteile dadurch realisiert werden können, dass der Antrieb sämtlicher an dem Riementrieb anliegender Nebenaggregate für alle Nebenaggregate gleichzeitig hergestellt und gelöst wird. Ein für jedes der Nebenaggregate getrenntes Herstellen der Antriebsverbindung ist somit nicht zwingend zur Realisierung der obenbeschriebenen Vorteile nötig.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Kupplung über eine Steuerung steuerbar, wobei die Steuerung den Ladezustand einer Batterie des Kraftfahrzeugs überwacht und die Kupplung in Abhängigkeit von dem Ladezustand der Batterie zum Herstellen der Verbindung ansteuert. Die Überwachung des Ladezustands der Batterie erfolgt dabei durch eine Messeinrichtung für den Ladezustand. Die Messeinrichtung kann dabei beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie die an der Batterie anliegende Spannung, einen Strom, der über einen zwischen den Polen der Batterie geschalteten Widerstand fließt, und/oder den zeitlichen Verlauf eines solchen Stroms und/oder einer solchen Spannung, insbesondere die Veränderung zumindest einer dieser Werte in einem bestimmten Zeitintervall, misst.
Die von der Messeinrichtung gemessenen Daten zur Bestimmung des Ladezustands werden von der Messeinrichtung an die Steuerung übermittelt. Die Steuerung ist dazu ausgebildet, aus den gemessenen Daten den Ladezustand der Batterie zu ermitteln. Der Ladezustand wird durch einen Wert einer vorab festgelegten Größenangabe definiert. Beispielsweise kann der durch die Steuerung ermittelte Wert für den Ladezustand eine Prozentsatzangabe sein, wobei die Angabe von 100 Prozent einer vollständig geladenen Batterie entspricht. Der Ladezustand kann jedoch beispielsweise auch über einen Spannungs- oder Stromwert oder einen Wert der zeitlichen Ableitung von Strom oder Spannung der dargestellt sein. Der Ladezustand der Batterie kann auf die beschriebene Art und Weise beispielsweise kontinuierlich oder in vorbestimmten zeitlichen Abständen ermittelt werden. Die Steuerung steuert die Kupplung zum Herstellen und Lösen der Verbindung zwischen Motorwelle und Riemenscheibe in Abhängigkeit von dem ermittelten Ladezustand der Batterie an. Dabei kann beispielsweise die Steuerung in Abhängigkeit von dem zuletzt ermittelten Ladezustand erfolgen.
Die Steuerung in Abhängigkeit von dem Ladezustand kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass in der Steuerung vorab Werte für den Ladezustand der Batterie festgelegt sind, bei denen die Steuerung die Kupplung zum Herstellen der Verbindung ansteuert, und andere Werte festgelegt sind, bei denen die Steuerung die Kupplung zum Lösen der Verbindung ansteuert. Die Steuerung der Kupplung in Abhängigkeit von dem Ladezustand der Batterie erfolgt dadurch, dass in der Steuerung der ermittelte Wert für den Ladezustand, insbesondere der zuletzt ermittelte Wert für den Ladezustand, mit den in der Steuerung festgelegten Werten für einen Ladezustand abgeglichen wird und dann die Steuerung den Zustand der Kupplung ansteuert, der für den dem ermittelten Ladezustand nächstliegenden Wert für einen Ladezustand in der Steuerung festgelegt ist.
Durch die beschriebene vorteilhafte Ausführungsform kann sichergestellt sein, dass die Batterie sich immer in einem Ladezustand befindet, der über einem vorab festgelegten Mindestladzustand liegt. Dadurch kann eine zu starke Entladung der Batterie wirksam verhindert werden, so dass es zu keiner durch eine Entladung der Batterie verursachte Funktionsstörung in dem Kraftfahrzeug kommen kann. Somit ermöglicht die Überwachung des Ladezustands der Batterie und die hiervon abhängige Steuerung der Kupplung ein risikoloses Abkoppeln der Nebenaggregate, so dass die Nebenaggregate so oft wie möglich abgekoppelt werden können, wenn dies zweckdienlich ist, wie beispielsweise zur effizienten Ausnutzung der Motorleistung und zur Vermeidung von unnötigem Verschleiß.
Weiterhin ist durch die beschriebene vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung beispielsweise ermöglicht, die Nebenaggregate von der Antriebswelle von der Motorwelle immer dann abzukoppeln, wenn der Ladezustand der Batterie über einem bestimmten Grenzwert liegt. Dadurch kann beispielsweise der Verbrauch gesenkt werden und/oder die für den Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendbare Leistung des Antriebsmotors erhöht werden, während die Nebenaggregate von der Motorwelle abgekoppelt sind, d. h. die Kupplung durch die Steuerung zum Lösen der Verbindung zwischen Motorwelle und Riemenscheibe angesteuert ist.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Antriebsanordnung eine Nebenkupplung umfassen, an der zumindest eines der Nebenaggregate angekoppelt ist, wobei die Nebenkupplung zur Herstellung einer lösbaren Verbindung zwischen dem Nebenaggregat und dem Riementrieb ausgebildet ist, wobei die Nebenkupplung über die Steuerung steuerbar ist. Über eine Nebenkupplung können somit ein Nebenaggregat oder mehrere Nebenaggregate mit dem Riementrieb verbunden sein. Über die Verbindung mit der Nebenkupplung ist der Antrieb des an der Nebenkupplung angekoppelten Nebenaggregats bzw. der angekoppelten Nebenaggregate durch den Riementrieb sichergestellt. Zur Herstellung einer Antriebsverbindung zwischen einem an einer Nebenkupplung angekoppelten Nebenaggregat und der Motorwelle muss somit zum einen die Kupplung die Verbindung zwischen Motorwelle und Riemenscheibe herstellen und zum anderen die Nebenkupplung die Verbindung zwischen Nebenaggregat und dem Riementrieb herstellen.
In einer Ausführungsform erfolgt der Antrieb eines Nebenaggregats dadurch, dass der Riementrieb eine Nebenriemenscheibe umfasst, die mit dem Nebenaggregat verbunden ist. Die Nebenkupplung kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass durch sie die Verbindung zwischen dem Nebenaggregat und der Nebenriemenscheibe lösbar herstellbar ist. Die Nebenkupplung kann jedoch auch so ausgebildet sein, dass durch sie die Verbindung zwischen dem Riementrieb und der Nebenriemenscheibe lösbar herstellbar ist. In jedem Fall ist die Nebenkupplung so ausgebildet, dass durch sie die Verbindung zwischen dem Nebenaggregat und dem Riementrieb, über die der Antrieb des Nebenaggregats durch den Riementrieb gewährleistet ist, lösbar herstellbar ist.
Durch das Vorsehen von zumindest einer Nebenkupplung kann zusätzlich zu dem Abkoppeln des gesamten Riementriebs, wodurch zwingend sämtliche mit dem Riementrieb verbundenen Nebenaggregate von der Motorwelle abgekoppelt sind, ein Abkoppeln von einzelnen oder an einer Nebenkupplung in Gruppen angekoppelten Nebenaggregaten vorgenommen werden. Dadurch kann zum einen das Abkoppeln der Nebenaggregate stufenweise erfolgen, so dass die Änderung, die das an der Motorwelle anliegende Trägheitsmoment erfährt, bei den Stufen des Abkoppeln jeweils geringer ist, als bei einem direkten Abkoppeln durch das Lösen der Verbindung zwischen Motorwelle und Riemenscheibe durch die Kupplung. Darüber hinaus kann ein gezieltes Ankoppeln von Nebenaggregaten zur Herstellung einer Antriebsverbindung für diese Nebenaggregate erfolgen. So können beispielsweise in einem Zustand des Antriebsmotors, in dem er mit einem geringen Wirkungsgrad arbeitet, nur solche Nebenaggregate über die Motorwelle angetrieben werden, deren Antrieb für ihre Funktion und für die Funktion des Kraftfahrzeugs zu diesem Zeitpunkt zwingend notwendig sind.
Beispielsweise kann jedes Nebenaggregat an einer ihm zugeordneten Nebenkupplung angekoppelt sein, so dass über die Nebenkupplung die Antriebsverbindung zwischen Motorwelle und Nebenaggregat für jedes Nebenaggregat getrennt hergestellt und gelöst werden kann. Beispielsweise kann dann, wenn sich die Kupplung in einem Zustand befindet, in dem die Verbindung zwischen Motorwelle und Riemenscheibe gelöst ist und die Steuerung über die Überwachung des Ladezustands der Batterie die Notwendigkeit des Antriebs der Lichtmaschine als Nebenaggregat feststellt, die an der Lichtmaschine angekoppelte Nebenkupplung eine Verbindung zwischen Riementrieb und Lichtmaschine herstellen, während alle übrigen Nebenkupplungen sich in einem Zustand befinden, in dem die Verbindung zwischen dem angekoppelten Nebenaggregat und Riementrieb gelöst ist. Bei einem Ansteuern der Kupplung in einen Zustand, in dem die Verbindung zwischen Motorwelle und Riemenscheibe hergestellt ist, wird dann nur eine Antriebsverbindung zwischen der Motorwelle und der Lichtmaschine, und nicht zwischen den übrigen Nebenaggregaten hergestellt.
Es ist auch möglich, dass die Steuerung weitere Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs und/oder der Nebenaggregate erfasst und sämtliche Nebenkupplungen sowie die Kupplung jeweils in Abhängigkeit von dem Betriebzustand des Kraftfahrzeugs und/oder des entsprechenden Nebenaggregats ansteuert. So kann beispielsweise bei einer erhöhten Innentemperatur in dem Kraftfahrzeug eine Notwendigkeit des Antriebs des Klimakompressors festgestellt werden, so dass die Kupplung und die Nebenkupplung jeweils die entsprechende Verbindung herstellen.
Vorteilhafterweise kann die Antriebsanordnung dazu ausgebildet sein, bei dem Lösen der Antriebsverbindung zwischen der Motorwelle und zumindest einem der Nebenaggregate das Trägheitsmoment, das vor dem Lösen der Antriebsverbindung über die Riemenscheibe an der Motorwelle anliegt, zumindest vorübergehend zumindest teilweise aufrechtzuerhalten. Das Lösen der Antriebsverbindung kann sich dabei sowohl auf das Lösen der Verbindung zwischen Motorwelle und Riemenscheibe durch die Kupplung als auch auf das Lösen der Verbindung zwischen dem Nebenaggregat und dem Riementrieb durch die Nebenkupplung beziehen. Das Trägheitsmoment kann beispielsweise dadurch zumindest vorübergehend zumindest teilweise aufrechterhalten werden, dass das Lösen der Antriebsverbindung durch Kupplung und/oder Nebenkupplung nicht abrupt erfolgt, sondern stufenweise oder kontinuierlich. Dies kann beispielsweise durch das Vorsehen einer entsprechenden Reibkupplung gewährleistet sein. In diesem Fall wird das Trägheitsmoment so lange teilweise aufrecht erhalten, bis das Lösen der Antriebsverbindung endgültig erfolgt ist.
Die Aufrechterhaltung des Trägheitsmoments kann beispielsweise auch dadurch gewährleistet sein, dass eine von dem Nebenaggregat bzw. bei dem Lösen der Kupplung von dem Riementrieb mit den Nebenaggregaten unabhängige träge Masse in einem radialen Abstand zur Motorwelle zumindest während des Lösens der Kupplung vorgesehen ist. Dies kann beispielsweise auch mit dem beschriebenen kontinuierlichen oder stufenweisen Lösen von Kupplung und/oder Nebenkupplung kombiniert erfolgen. Das Vorsehen einer trägen Masse in einem radialen Abstand zur Motorwelle zur zumindest vorübergehenden Kompensation des Trägheitsmoments bei einem Lösen der Verbindung zwischen Motorwelle und Riemenscheibe über die Kupplung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass an der Kupplung eine träge Masse vorgesehen ist, die mit der Motorwelle rotiert und deren radialer Abstand von der Motorwelle während des Lösens der Verbindung zunimmt. Dadurch erhöht sich das durch die träge Masse erzeugte Trägheitsmoment an der Motorwelle. Dieses durch die träge Masse erzeugte Trägheitsmoment kann beispielsweise nur vorübergehend oder auch dauerhaft zumindest teilweise aufrechterhalten werden. Entsprechend kann auch eine träge Masse an der Nebenkupplung angeordnet sein, um das durch das Nebenaggregat erzeugte Trägheitsmoment bei einem Lösen der Verbindung durch die Nebenkupplung zu kompensieren.
Durch die zumindest vorübergehende zumindest teilweise Aufrechterhaltung des Trägheitsmoments an der Motorwelle ist sichergestellt, dass der Motor auch während des Lösens der Antriebsverbindung und nach dem Lösen der Antriebsverbindung ruhig läuft. Insbesondere bei niedrigen Drehzahlen des Motors kann durch die Kompensation des Trägheitsmoments die Laufruhe des Motors erhöht werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Antriebsanordnung dazu ausgebildet, dass durch einen Generator des Kraftfahrzeugs der Antrieb der Nebenaggregate realisierbar ist, während die Motorwelle von dem Antriebsmotor abgekoppelt ist, wobei der Generator elektrisch von der Batterie versorgt ist und als Motor arbeitet. Hierfür ist der Generator mit dem Riementrieb verbunden oder durch eine weitere Kupplung verbindbar. Somit kann der Generator den Riementrieb anstelle der Motorwelle des Antriebsmotors antreiben. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Motor abgeschaltet ist, wie etwa während eines Stopps an der Ampel oder während eines Segelbetriebs, während dessen das Kraftfahrzeug rollt, ohne dass eine Antriebsleistung des Antriebsmotors erforderlich ist. In der beschriebenen vorteilhaften Ausführungsform kann dann die Verbindung zwischen Motorwelle und Riemenscheibe gelöst sein und stattdessen der Generator den Antrieb des Riementriebs gewährleisten. Dadurch können durch den Generator die Nebenaggregate angetrieben werden, die für die Funktion des Kraftfahrzeugs auch während der Phase, während der der Antriebsmotor ausgeschaltet ist, nötig sind. Dies kann beispielsweise die Hydraulikpumpe für die Servolenkung während des Segelbetriebs oder der Klimakompressor während eines Ampelstopps sein. Vorteilhafterweise ist der Generator eines der Nebenaggregate. Insbesondere kann der Generator über eine Nebenkupplung an dem Riementrieb angekoppelt sein. Insbesondere kann der Generator die Lichtmaschine des Kraftfahrzeugs sein.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Steuerung einer wie oben beschriebenen erfindungsgemäßen Antriebsanordnung für Nebenaggregate. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuerung das Herstellen der Antriebsverbindung zwischen der Motorwelle und zumindest einem der Nebenaggregate veranlasst, wenn die Steuerung die Notwendigkeit der Aktivität des Nebenaggregats feststellt. Die Steuerung kann beispielsweise zumindest ein oder sämtliche Nebenaggregate und/oder den Betriebszustand des Kraftfahrzeugs überwachen. Beispielsweise kann die Steuerung die Notwendigkeit des Antriebs der Kühlwasserpumpe feststellen, wenn das Kühlwasser eine bestimmte Temperatur erreicht hat. Auch kann die Steuerung beispielsweise die Notwendigkeit des Antriebs des Klimakompressors feststellen, wenn die Innentemperatur in dem Kraftfahrzeug eine bestimmte Temperatur erreicht oder überschritten hat. Die Steuerung kann das Herstellen der Antriebsverbindung zwischen Motorwelle und Nebenaggregat dadurch veranlassen, dass sie die Kupplung zum Herstellen der Verbindung zwischen Riemenscheibe und Motorwelle und/oder die Nebenkupplung zum Herstellen der Verbindung zwischen Nebenaggregat und Riementrieb ansteuert.
Vorteilhafterweise kann die Steuerung das Herstellen der Antriebsverbindung zwischen der Motorwelle und zumindest einem der Nebenaggregate NA₀ veranlassen, wenn der Quotient
einen vorbestimmbaren Grenzwert λ überschreitet. Dabei ist mit P_Antrieb die Antriebsleistung bezeichnet, die von der Motorwelle auf die Räder zum Vortrieb des Fahrzeugs gebracht wird, mit P_NA₀ die Nutzleistung von Nebenaggregat NA₀, mit
die Summe von den Nutzlistunen von den übrigen N Nebenaggregaten im Fahrzeug und mit
der Massenstrom der dem Antriebsmotor zugeführten Kraftstoff multipliziert mit dem entsprechenden Brennwert. Die jeweiligen Werte von P_Antrieb, P_NA₀,
und
beziehen sich dabei auf den Zustand nach dem Herstellen der Antriebsverbindung. Im Fall von nichtelektrischen Nebenaggregaten ist die Nutzleistung als mechanische Leistung definiert, und im Fall von einem elektrischen Generator als Nebenaggregate wird die Nutzleistung als elektrische Leistung definiert. Das Herstellen der Antriebsverbindung kann dabei durch die Kupplung und/oder durch die Nebenkupplung erfolgen. Durch diese vorteilhafte Ausführungsform kann sichergestellt sein, dass der Antriebsmotor jederzeit mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad arbeitet.
Hierfür ist folgendes zu berücksichtigen: fremdgezündete Motoren weisen üblicherweise bei niedriger Drehzahl und niedriger Belastung, d. h. niedriger konsumierte Leistung, einen schlechten Wirkungsgrad auf. Der Wirkungsgrad ist üblicherweise in einem mittleren Drehzahlbereich bei Anliegen einer hohen Belastung am höchsten. Der Wirkungsgrad von selbstzündenden Motoren ist üblicherweise bereits bei einer niedrigen Drehzahl und dem Anliegen einer geringen Last hoch und verringert sich bei dem Anliegen einer hohen Last. Für beide Motorentypen ist es somit sinnvoll, dass die Nebenaggregate von dem Antriebsmotor angetrieben werden, wenn eine niedrige Last an dem Antriebsmotor anliegt, da durch den Antrieb der Nebenaggregate die an dem Antriebsmotor anliegende Last vergrößert wird und somit der Wirkungsgrad des Antriebsmotors steigt im Fall von fremdgezündeten Motoren oder ist hoch im Fall von selbstgezündeten Motoren. Je nach Motortyp und Ausgestaltung des Motors kann es jedoch auch vorteilhaft sein, dass die Nebenaggregate bei dem Anliegen einer hohen Last an dem Antriebsmotor nicht von diesem angetrieben werden. Der Antrieb der Nebenaggregate durch den Antriebsmotor findet immer dann statt, wenn die Steuerung das Herstellen der Antriebsverbindung für die betreffenden Nebenaggregate veranlasst.
In der beschriebenen Ausführungsform veranlasst die Steuerung das Herstellen der Antriebsverbindung immer dann, wenn der Quotient
über einem bestimmten Grenzwert λ liegt. Der Grenzwert λ kann beispielsweise unter Berücksichtigung des Motortyps gewählt werden. Somit veranlasst die Steuerung das Herstellen der Antriebsverbindung immer dann, wenn an dem Antriebsmotor eine im Vergleich zur dem Motor zugeführten Leistung niedrige Lastleistung anliegt. In einer Ausführungsform können P_Antrieb, P_NA₀ und
auch nicht die tatsächlich von dem Kraftfahrzeug konsumierte Leistung darstellen, sondern die von dem Kraftfahrzeug zukünftig angeforderte Leistung. Dadurch kann eine unmittelbar bevorstehende Veränderung des Wirkungsgrads des Antriebsmotors berücksichtigt sein.
Vorteilhafterweise veranlasst die Steuerung das Trennen der Antriebsverbindung, wenn der Quotient
unter dem vorbestimmten Grenzwert λ liegt. Hierbei beziehen sich die Werte in dem Quotienten auf den Zustand vor dem Lösen der Antriebsverbindung. Dadurch kann möglicherweise vermieden werden, dass der Antriebsmotor bei dem Anliegen einer sehr hohen angeforderten Last des Kraftfahrzeugs und somit mit einem sehr niedrigen Wirkungsgrad für den Antrieb der Nebenaggregate eingesetzt wird.
Vorteilhafterweise kann die Steuerung dazu ausgebildet sein, dass sie das Herstellen der Antriebsverbindung zwischen der Motorwelle und zumindest einem der Nebenaggregate immer dann veranlasst, wenn der Quotient
gegen unendlich geht. Dies ist immer dann der Fall, wenn der Massenstrom des Kraftstoffsgegen Null geht. Dies ist beispielsweise bei regenerativem Bremsen der Fall. Dabei wird die Kraftstoffzufuhr unterdrückt, wobei zumindest die von dem Kraftfahrzeug angeforderte elektrische Leistung weiterhin größer als Null ist. Durch das Herstellen der Antriebsverbindung zwischen Motorwelle und Nebenaggregat in diesem Fall, wenn der Quotient gegen unendlich geht, können die Nebenaggregate angetrieben werden, ohne dass hierzu Kraftstoff verwendet wird.
Vorteilhafterweise kann der Grenzwert λ in Abhängigkeit von den Straßenabschnitten ermittelt werden, die vor dem Fahrzeug liegen. Bei der Bestimmung des Grenzwerts λ fließt somit ein, welche Antriebsleistung und welche elektrische Leistung des Kraftfahrzeugs im Hinblick auf die bevorstehenden Straßenabschnitte voraussichtlich von dem Antriebsmotor angefordert werden. Durch das entsprechende Ermitteln des Grenzwerts λ ist in der Steuerung nicht nur der aktuelle Bedarf an elektrischer und Antriebsleistung erfasst, sondern auch der in Zukunft zu erwartende. Dadurch kann das Herstellen der Antriebsverbindung zwischen Nebenaggregat und Motorwelle besonders gut auf den aktuellen und zu erwartenden Wirkungsgrad des Antriebsmotors abgestimmt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Grenzwert λ in Abhängigkeit von der erfolgten, zeitabhängigen Veränderung des Ladezustands der Batterie im Fahrzeug ermittelt. Dadurch kann neben den Parametern des Motors auch die Notwendigkeit oder zu erwartende Notwendigkeit eines Antriebs von Nebenaggregaten bei der Bestimmung des Grenzwert λ berücksichtigt werden. Beispielsweise kann dann, wenn in dem Kraftfahrzeug eine hohe elektrische Leistung konsumiert wird und der Ladezustand sinkt, ein baldiges Zuschalten der Lichtmaschine und weiterer Aggregate, die ansonsten über die Batterie angetrieben werden können, notwendig sein, so dass der Grenzwert λ entsprechend niedrig gewählt werden muss. Der Grenzwert λ kann in Abhängigkeit von der erfolgen, zeitabhängigen Veränderung des Ladezustands der Batterie im Fahrzeug beispielsweise über die Gleichung λ = λ₀ + f(ΔLadezustand) ermittelt werden. ΔLadezustand bezeichnet dabei die in einem bestimmten Zeitraum erfolgte Veränderung des Ladezustands der Batterie. f(ΔLadezustand) bezeichnet eine Funktion in Abhängigkeit von der genannten Veränderung des Ladezustands. Die Funktion kann beispielsweise eine lineare Funktion in Abhängigkeit von der Veränderung des Ladezustands sein: f(ΔLadezustand) = K·ΔLadezustand, wobei K eine Konstante ist.
Dadurch kann beispielsweise zunächst ein Grenzwert λ₀ unter Berücksichtigung der Parameter des Antriebsmotors und der vor dem Fahrzeug liegenden Streckenabschnitte ermittelt werden und daraufhin der Grenzwert λ durch eine Addition von λ₀ und f(ΔLadezustand), so dass bei der Ermittlung des Grenzwerts λ sowohl die genannten Parameter als auch die Änderung des Ladezustands der Batterie berücksichtigt sind. Dadurch kann beispielsweise eine Antriebsverbindung zwischen Motorwelle und Lichtmaschine zum Laden der Batterie auch dann hergestellt werden, wenn ein schlechter Wirkungsgrad des Antriebsmotors zu erwarten ist, falls ansonsten Funktionsstörungen in dem Kraftfahrzeug durch den geringen Ladezustand in der Batterie auftreten könnten.
Weiterhin kann die Steuerung das Herstellen der Antriebsverbindung zwischen der Motorwelle und zumindest einer der Nebenaggregate veranlassen, wenn die Motordrehzahl in einem vorbestimmten Bereich liegt. Es ist bekannt, dass Antriebsmotoren je nach Drehzahlbereich einen unterschiedlichen Wirkungsgrad aufweisen. So ist beispielsweise bei fremdgezündeten Antriebsmotoren der Wirkungsgrad bei niedrigen Drehzahlen und bei sehr hohen Drehzahlen gering, während er in einem mittleren bis hohen Drehzahlbereich hoch ist. Bei selbstzündenden Motoren ist hingegen üblicherweise der Wirkungsgrad bei niedrigen Drehzahlen gering und sinkt bereits bei mittleren bis hohen Drehzahlen und ist bei sehr hohen Drehzahlen sehr gering.
Bei dem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung der Antriebsverbindung in einem Kraftfahrzeug mit einem fremdgezündeten Antriebsmotor kann die Steuerung beispielsweise dergestalt erfolgen, dass das Herstellen der Antriebsverbindung bei einer Drehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute veranlasst wird und das Lösen der Antriebsverbindung bei einer Drehzahl von 4000 Umdrehungen pro Minute veranlasst wird. Bei dem Einsatz eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung der Antriebsverbindung in einem Kraftfahrzeug mit einem selbstzündenden Antriebsmotor kann die Steuerung beispielsweise dergestalt erfolgen, dass die Herstellung der Antriebsverbindung bereits bei der Leerlaufdrehzahl veranlasst wird und bei einer Drehzahl von 200 Umdrehungen pro Minute über der Leerlaufdrehzahl das Lösen der Antriebsverbindung veranlasst wird. In jedem Fall ist es möglich, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Steuerung das Herstellen der Antriebsverbindung immer dann veranlasst, wenn die Kraftstoffzufuhr bei laufendem Motor unterbrochen wird, beispielsweise bei regenerativen Bremsen.
Die obengenannten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung einer Antriebsanordnung können auch jeweils miteinander kombiniert werden. Dabei kann bestimmten Steuerungsmechanismen eine Priorität gegenüber anderen Steuerungsmechanismen eingeräumt werden. Insbesondere kann es sinnvoll sein, dass die Steuerung des Herstellen der Antriebsverbindung zwischen der Motorwelle und zumindest einem Nebenaggregat veranlasst, wenn die Steuerung die Notwendigkeit des Antriebs des Nebenaggregats feststellt, unabhängig davon, ob andere Steuerungsmechanismen vorgesehen sind. Durch diese Maßnahme ist in jedem Fall die zuverlässige Funktion des Kraftfahrzeugs gewährleistet, so dass die Optimierung des Wirkungsgrads des Antriebsmotors und die Verringerung des Verbrauchs in jedem Fall der zuverlässigen Funktion des Kraftfahrzeugs gegenüber nachrangig sind.
Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben von erfindungsgemäßen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden 1 bis 5 weiter erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung;
3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Ermittlung des Grenzwerts λ in einem erfindungsgemäßen Verfahren;
4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Steuerung in einem erfindungsgemäßen Verfahren; und
5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Steuerung in einem erfindungsgemäßen Verfahren.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung 1 schematisch dargestellt. Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung 1 umfasst einen Antriebsmotor 4, der eine Motorwelle 5 aufweist sowie eine Antriebswelle 8. Über die Antriebswelle 8 des Antriebsmotors 4 werden die Räder des Kraftfahrzeugs angetrieben, in dem die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Antriebsanordnung 1 zum Einsatz kommt.
Über die Motorwelle 5 wird der Riementrieb 6 angetrieben. Hierzu ist die Motorwelle 5 über die Kupplung 7 mit dem Riementrieb 6 verbunden. Mit dem Riementrieb 6 sind die Nebenaggregate, nämlich der Klimakompressor 2 und die Lichtmaschine 3, verbunden. Somit ist eine Antriebsanordnung 1 zwischen den Nebenaggregaten 2, 3 und der Motorwelle 5 hergestellt, wenn die Kupplung 7 eine Verbindung zwischen Motorwelle 5 und Riementrieb 6 herstellt.
Die Kupplung 7 ist dazu ausgebildet, die Verbindung zwischen Motorwelle 5 und Riementrieb 6 herzustellen und zu lösen. Wenn über die Kupplung 7 die Verbindung zwischen Motorwelle 5 und Riementrieb gelöst ist, wird keines der Nebenaggregate 2, 3 von der Motorwelle 5 angetrieben, so dass an der Motorwelle 5 nur ein geringes Trägheitsmoment anliegt.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1 dargestellt. Bauteile, die denen aus der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1 aus 1 ähnlich sind, sind mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Von der Antriebsanordnung 1 nach 1 unterscheidet sich die Antriebsanordnung 1 nach 2 dadurch, dass sie zusätzlich eine Nebenkupplung 9 umfasst, über die das Nebenaggregat Lichtmaschine 3 an dem Riementrieb 6 angekoppelt ist. Die Antriebsverbindung zwischen Motorwelle 5 und dem Nebenaggregat Klimakompressor 2 ist hergestellt, wenn die Kupplung 7 die Verbindung zwischen Motorwelle 5 und Riementrieb 6 herstellt. Für die Herstellung der Antriebsverbindung zwischen der Motorwelle 5 und dem Nebenaggregat Lichtmaschine 3 ist darüber hinaus notwendig, dass die Nebenkupplung 9 eine Verbindung zwischen der Lichtmaschine 3 und dem Riementrieb 6 herstellt.
In den 1 und 2 ist die Riemenscheibe des Riementriebs 6 nicht dargestellt. Entsprechend ist die Verbindung zwischen Motorwelle 5 und Riemenscheibe des Riementriebs 6 durch die Beschreibung der Verbindung zwischen Motorwelle 5 und dem Riementrieb 6 beschrieben.
In 3 ist schematisch dargestellt, wie in einem erfindungsgemäßen Verfahren der Grenzwert λ in Abhängigkeit von Straßenabschnitten ermittelt wird, die vor dem Fahrzeug liegen. Das in 3 dargestellte Verfahren dient der Steuerung einer wie in 1 oder 2 dargestellten erfindungsgemäßen Antriebsanordnung. Hierzu sind in 4 Straßenabschnitte seg01 bis seg15 sowie ein Kraftfahrzeug 10 in seiner Position in dem Straßenabschnitt seg06 schematisch dargestellt. In 3 sind sämtliche Straßenabschnitte dargestellt, die das Fahrzeug 10 in naher Zukunft durchfahren kann, da diese vor dem Fahrzeug 10 liegen. Den Straßenabschnitt seg05 hat das Fahrzeug 10 soeben durchfahren, in den Straßenabschnitt seg06 befindet sich das Fahrzeug 10.
Weiterhin sind in 3 Parameter abgebildet, die die jeweilige Verkehrssituation in dem jeweiligen Straßenabschnitt beeinflussen. Bei den Parametern handelt es sich um Geschwindigkeitsbeschränkungssymbole 11, um Ampelsymbole 12 sowie um ein Stoppschildsymbol 13. Die in 3 dargestellten Parameter der Straßenabschnitte seg01 bis seg15 sowie weitere Parameter dieser Straßenabschnitte, wie etwa das Gefälle in den Straßenabschnitten, sind in der Steuerung des Fahrzeugs 10 über den Empfang von GPS-Daten bekannt. Hierzu sind in der Steuerung des Fahrzeugs 10 in einem Speicher die entsprechenden Parameter von Straßenabschnitten zu den Koordinaten der Straßenabschnitte hinterlegt. Anhand der über die GPS-Daten bekannten Parameter der Straßenabschnitte seg01 bis seg15 ermittelt die Steuerung in dem Kraftfahrzeug 10 die Anforderungen an den Antriebsmotor 4 des Fahrzeugs 10, die in dem jeweiligen Straßenabschnitt zu erwarten sind. Der Grenzwert λ, oberhalb dessen die Steuerung in dem Kraftfahrzeug 10 das Herstellen der Antriebsverbindung zwischen der Motorwelle 5 und zumindest einem der Nebenaggregate veranlasst, wird von der Steuerung in Abhängigkeit von den Parametern des Straßenabschnitts, den das Fahrzeug 10 als nächstes durchfährt, sowie in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Fahrzeugs 10, umfassend den aktuellen Zustand des Antriebsmotors 4 und die derzeit in dem Fahrzeug 10 konsumierte elektrischen Leistung und Antriebsleistung, berechnet. In einer anderen Ausführungsform ist es auch möglich, dass in der Steuerung eine Datenbank hinterlegt ist, so dass die Steuerung bei Kenntnisse der Parameter des Straßenabschnitts, der direkt vor dem Fahrzeug 10 liegt, und bei Kenntnis der Betriebszustände des Fahrzeugs 10 aus den hinterlegten Daten unmittelbar den Grenzwert λ ohne weitere Berechnungsschritte entnehmen kann.
In 4 ist in einem Schema dargestellt, welche Schritte in der Steuerung bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1 nach 1 oder 2 durchgeführt werden, bis die Steuerung das Herstellen oder Lösen der Antriebsverbindung 1 veranlasst. In dem Schritt 101 wird in der Steuerung der Quotient
berechnet.
Hierzu werden an die Steuerung übermittelte Daten zu der von dem Kraftfahrzeug 10 beanspruchten Antriebsleistung P_Antrieb, die Nutzleistung von Nebenaggregate NA₀P_NA₀, die Summe von den Nutzlistungen von den übrigen N Nebenaggregaten im Fahrzeug
und der Massenstrom der dem Antriebsmotor zugeführten Kraftstoff multipliziert mit dem entsprechenden Brennwert
verwendet. Darüber hinaus fließt in die Berechnung des Quotienten der Betriebszustand des Antriebsmotors 4 dahingehend ein, dass die von dem Motor 4 angeforderte Leistung bei der Ermittlung von P_Antrieb, P_NA₀ und
berücksichtigt wird. Der Wert des Quotienten wird in der Steuerung gespeichert und in regelmäßigen Zeitabständen durch den jeweils aktuellen Wert für den Quotienten überschrieben.
Unabhängig von der Ermittlung des Quotienten werden in der Steuerung die Parameter des vor dem Fahrzeug 10 liegenden Straßenabschnitts aus GPS-Daten ermittelt. Zugleich werden an die Steuerung der Betriebszustand des Antriebsmotors 4, insbesondere das anliegende Drehmoment und die aktuelle Drehzahl, übermittelt. Darüber hinaus sind die Charakteristika des Antriebsmotors 4 in der Steuerung gespeichert. Aus den genannten Daten ermittelt die Steuerung in dem Schritt 103 den Grenzwert λ für den vor dem Fahrzeug 10 liegenden Straßenabschnitt. In dem Schritt 104 wird der in dem Schritt 101 ermittelte Quotient mit dem in dem Schritt 103 ermittelten Grenzwert λ verglichen. Falls der Grenzwert λ unter dem Quotienten liegt, veranlasst die Steuerung das Herstellen der Antriebsverbindung. Falls der Grenzwert λ großer ist als der Quotient, bleibt die Antriebsverbindung gelöst.
In 5 ist der Steuerungsmechanismus in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1 schematisch dargestellt. Die Steuerung umfasst eine Steuerungsleitung 203, mit der die Kupplung 7 und/oder die Nebenkupplung 9 einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1 nach 1 oder 2 zum Herstellen oder Lösen der Antriebsverbindung angesteuert wird. Die Steuerung steuert somit über die Steuerungsleitung 203 einen zuvor in der Steuerung bestimmten, erwünschten Zustand von Kupplung 7 und/oder Nebenkupplung 9 an. Dieser Zustand wird in der Steuerung in zwei Steuerungsbereichen nach zwei Prinzipien unabhängig voneinander ermittelt. In einem Steuerungsbereich 201 ermittelt die Steuerung nach dem Optimierungsprinzip unter Berücksichtigung von Daten, wie etwa den Parametern des nächsten Straßenabschnitts vor dem Fahrzeug 10, dem Zustand des Fahrzeugs 10, dem Zustand des Antriebsmotors, der von dem Fahrzeug 10 aktuell konsumierten oder angeforderten elektrischen Leistung und dem Ladezustand der Batterie, ob die Antriebsverbindung hergestellt oder gelöst werden soll. Dabei wird ein Grenzwert λ ermittelt sowie ein Quotient
wonach im Hinblick auf eine Optimierung des Verbrauchs des Fahrzeugs 10 bestimmt wird, ob die Antriebsverbindung über die Kupplung 7 und/oder die Nebenkupplung 9 hergestellt oder geschlossen werden soll. In diesem Steuerungsbereich 201 wird somit ermittelt, ob die Herstellung der Antriebsverbindung im Hinblick auf die effiziente Ausnutzung der dem Antriebsmotor 4 zugeführten Energie sinnvoll ist.
Gleichzeitig ermittelt die Steuerung in einem weiteren Steuerungsbereich 202 nach dem Notwendigkeitsprinzip unter Berücksichtigung von Parametern wie etwa dem Ladezustand der Batterie, dem Bedarf an elektrischer Energie, dem Zustand der Nebenaggregate 2, 3 und dem Bedarf an Nebenaggregaten, ob die Antriebsverbindung hergestellt oder gelöst werden soll. In diesem Steuerungsbereich 202 wird somit ermittelt, ob die Herstellung der Antriebsverbindung für zumindest eines der Nebenaggregate 2,3 für die Gewährleistung der Funktionsfähigkeit des Fahrzeugs 10 notwendig ist.
Die Steuerung ist so ausgebildet, dass der Steuerungsbefehl, der über das Notwendigkeitsprinzip in dem Steuerungsbereich 202 ermittelt wurde, den Steuerungsbefehl, der über das Optimierungsprinzip in dem Steuerungsbereich 201 ermittelt wurde, überschreibt, wenn der nach dem Notwendigkeitsprinzip ermittelte Steuerungsbefehl aus dem Bereich 202 die Kupplung 7 und/oder die Nebenkupplung 9 zum Schließen der Antriebsverbindung ansteuert. Falls der Steuerungsbefehl aus dem Bereich 202, der nach dem Notwendigkeitsprinzip ermittelt wurde, die Kupplung 7 und/oder die Nebenkupplung 9 zum Lösen der Antriebsverbindung ansteuert, überschreibt der Steuerungsbefehl aus dem Bereich 201, der nach dem Optimierungsprinzip ermittelt wurde, den Steuerungsbefehl aus dem Bereich 202, der nach dem Notwendigkeitsprinzip ermittelt wurde.
Dadurch ist in jedem Fall die Funktionsfähigkeit des Fahrzeugs 10 gewährleistet. Zugleich wird unabhängig davon, ob ein Antrieb der Nebenaggregate 2, 3 für das Fahrzeug 10 funktionsnotwendig ist, die Antriebsverbindung hergestellt, wenn dies wirtschaftlich von Vorteil ist.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsanordnung
2: Klimakompressor
3: Lichtmaschine
4: Antriebsmotor
5: Motorwelle
6: Riementrieb
7: Kupplung
8: Antriebswelle
9: Nebenkupplung
10: Fahrzeug
11: Geschwindigkeitsbeschränkungssymbol
12: Ampelsymbol
13: Stoppschildsymbol
201: erster Steuerungsbereich
202: zweiter Steuerungsbereich
203: Steuerungsleitung

Claims

Antriebsanordnung (1) in einem Kraftfahrzeug (10) zum Antreiben von Nebenaggregaten (2, 3) des Kraftfahrzeugs (10), umfassend eine Motorwelle (5) eines Antriebsmotors (4), die mit einer Riemenscheibe eines Riementriebs (6) verbunden ist, wobei die Nebenaggregate (2, 3) mit dem Riementrieb (6) verbunden sind, so dass eine Antriebsverbindung zwischen den Nebenaggregaten (2, 3) und der Motorwelle (5) hergestellt ist, gekennzeichnet durch eine Kupplung (7), die dazu ausgebildet ist, die Verbindung zwischen Motorwelle (5) und Riemenscheibe lösbar herzustellen.
Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (7) über eine Steuerung steuerbar ist, wobei die Steuerung den Ladezustand einer Batterie des Kraftfahrzeugs (10) überwacht und die Kupplung (7) in Abhängigkeit von dem Ladezustand der Batterie zum Herstellen der Verbindung ansteuert
Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Nebenkupplung (9), an der zumindest eines der Nebenaggregate (2, 3) angekoppelt ist, wobei die Nebenkupplung (9) zur Herstellung einer lösbaren Verbindung zwischen dem Nebenaggregat (2, 3) und dem Riementrieb (6) ausgebildet ist, wobei die Nebenkupplung (9) über die Steuerung steuerbar ist.
Antriebsanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung (1) dazu ausgebildet ist, bei dem Lösen der Antriebsverbindung zwischen der Motorwelle (5) und zumindest einem der Nebenaggregate (2, 3) das Trägheitsmoment, das vor dem Lösen der Antriebsverbindung über die Riemenscheibe an der Motorwelle (5) anliegt, zumindest vorübergehend zumindest teilweise aufrechtzuerhalten.
Antriebsanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung (1) dazu ausgebildet ist, dass durch einen Generator des Kraftfahrzeugs (10) der Antrieb der Nebenaggregate (2, 3) realisierbar ist, während die Motorwelle (5) von dem Antriebsmotor (4) abgekoppelt ist, wobei der Generator elektrisch von der Batterie versorgt ist und als Motor arbeitet.
Verfahren zur Steuerung einer Antriebsanordnung (1) für Nebenaggregate (2, 3) in einem Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung das Herstellen der Antriebsverbindung zwischen der Motorwelle (5) und zumindest einem der Nebenaggregate (2, 3) veranlasst, wenn die Steuerung die Notwendigkeit der Aktivität des Nebenaggregats (2, 3) feststellt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung das Herstellen der Antriebsverbindung zwischen der Motorwelle (5) und zumindest einen der Nebenaggregate (2, 3) veranlasst, wenn der Quotient
einen vorbestimmbaren Grenzwert λ überschreitet, wobei P_Antrieb die Antriebsleistung, die von der Motorwelle (5) auf die Räder zum Vortrieb des Fahrzeugs (10) gebracht wird, P_NA₀ die Nutzleistung von Nebenaggregate NA₀,
die Summe von den Nutzlistungen von den übrigen N Nebenaggregaten im Fahrzeug und mit
der Massenstrom der dem Antriebsmotor zugeführten Kraftstoff multipliziert mit dem entsprechenden Brennwert darstellt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert λ in Abhängigkeit von den Straßenabschnitten ermittelt wird, die vor dem Fahrzeug (10) liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert λ in Abhängigkeit von der erfolgten, zeitabhängigen Veränderung des Ladezustands der Batterie im Fahrzeug (10) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung das Herstellen der Antriebsverbindung zwischen der Motorwelle (5) und zumindest einem der Nebenaggregate (2, 3) veranlasst, wenn die Motordrehzahl in einem vorbestimmten Bereich liegt.