DE102014201355B4

DE102014201355B4 - Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014201355B4
Application number: DE102014201355.0A
Authority: DE
Inventors: Horst Hartmann; Thorsten BIERMANN; Sebastian Giehl
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2034-01-28
Also published as: DE102014201355A1

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine, einer ersten Generatoreinrichtung die mit der Brennkraftmaschine kinematisch gekoppelt ist, einem Hauptgetriebe mit einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang, zur kinematischen Koppelung des Getriebeeingangs und des Getriebeausgangs mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen, wenigstens einem Achsgetriebe zur Verzweigung der Antriebsleistung auf die Räder einer Achse jenes Kraftfahrzeuges, einer Kupplungseinrichtung die in einem zwischen der Brennkraftmaschine und dem Hauptgetriebe liegenden Bereich des Antriebsstranges vorgesehen ist und eine schaltbare Aufhebung der Antriebsverbindung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Hauptgetriebe ermöglicht, und einer zweiten Generatoreinrichtung, zur Rekuperation kinetischer Energie im Rahmen des Schubbetriebs des Kraftfahrzeuges, wobei die zweite Generatoreinrichtung in einem zwischen der Kupplungseinrichtung und den Rädern des Kraftfahrzeuges liegenden Bereich des Antriebsstrangs kinematisch an den Antriebsstrang angekoppelt ist, in einem zwischen der Brennkraftmaschine und der zweiten Generatoreinrichtung liegenden Bereich eine Freilaufeinrichtung vorgesehen ist, die im Rahmen eines Schubbetriebs des Kraftfahrzeuges in einen Freigabezustand gelangt, so dass kein Schubmoment an der Brennkraftmaschine anliegt, und die erste Generatoreinrichtung derart betreibbar und mit der Brennkraftmaschine operativ gekoppelt ist, dass über die erste Generatoreinrichtung ein Betrieb der Brennkraftmaschine in einem Schubabschaltungsmodus veranlassbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei diese Antriebsanordnung eine Brennkraftmaschine, ein Hauptgetriebe, wenigstens ein Achsgetriebe zur Verzweigung der Antriebsleistung auf die Räder einer Achse jenes Kraftfahrzeuges und einer erste an die Brennkraftmaschine angekoppelte Generatoreinrichtung, sowie eine zweite Generatoreinrichtung zur Rekuperation kinetischer Energie im Rahmen des Schubbetriebs des Kraftfahrzeuges, umfasst.
Aus US 2003/0078135 A1 ist eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug bekannt, welche eine Brennkraftmaschine, eine Getriebeeinrichtung, eine Generatoreinrichtung, eine Kupplungseinrichtung und ein Achsdifferential umfasst, wobei diese Antriebsanordnung weiterhin einen Getriebeabschnitt umfasst, der eine zur genannten Generatoreinrichtung parallele Übertragung der seitens der Brennkraftmaschine generierten Antriebsleistung in einen zwischen der Generatoreinrichtung und der Kupplungseinrichtung liegenden Systemabschnitt ermöglicht. Die Generatoreinrichtung selbst ist kinematisch derart in die Antriebsanordnung eingebunden, dass deren Stator durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird und deren Rotor auf jenen Systemabschnitt geführt ist, an welchen der genannte die Generatoreinrichtung umgehende Getriebeabschnitt angebunden ist.
Aus DE 102 57 257 A1 ist eine Antriebsanordnung für ein primär über eine Brennkraftmaschine getriebenes Kraftfahrzeug bekannt, welche eine Generatoreinrichtung umfasst, über die im Rahmen eines Schubbetriebs des Kraftfahrzeuges die kinetische Energie des Fahrzeuges rekuperiert werden kann. Der Generator ist in einem zwischen einem Hauptgetriebe und einem Achsdifferential liegenden Bereich an den Antriebsstrang angekoppelt. Über eine Kupplungseinrichtung kann im Rahmen des Schubbetriebs die Antriebsverbindung zwischen dem Hauptgetriebe und einer Brennkraftmaschine aufgehoben werden. Hierdurch wird es möglich, die kinetische Energie des Kraftfahrzeuges ohne Verlust durch den Schleppleistungsbedarf der Brennkraftmaschine zurück zu gewinnen.
Aus DE 196 06 771 A1 ist eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die eine zum Antrieb durch eine Brennkraftmaschine vorgesehene Getriebeeinrichtung und eine Generatoreinrichtung umfasst. Die Getriebeeinrichtung ist als Überlagerungsgetriebe ausgeführt. Die Generatoreinrichtung ist in zwei Generatormodule unterteilt die jeweils auch als Antriebsmotor betreibbar sind. Diese beiden Generatormodule sind mit zwei Eingangswellen des Überlagerungsgetriebes verbunden. Zudem ist eines der Generatormodule über einen Freilauf mit einer zur Brennkraftmaschine führenden Antriebswelle verbunden. Wird diese Antriebsanordnung im Schubbetrieb betrieben, so kann der Freilauf in einen Öffnungszustand gelangen und über die Generatoreinrichtungen zumindest ein Teil der kinetischen Energie des Fahrzeuges rekuperiert und in einem Akkusystem gespeichert werden.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei welcher im Rahmen des Schubbetriebs des Kraftfahrzeuges die potentielle und/oder kinetische Energie des Fahrzeugs mit einem hohen Wirkungsgrad rekuperiert werden kann, und zugleich auch der Betrieb der Brennkraftmaschine energetisch vorteilhaft abgestimmt werden kann.
Erfindungsgemäße Lösung
Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebsanordnung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei welcher bei Übergang des Betriebs des Fahrzeuges in einen Schubbetriebsmodus die kinetische und potentielle Energie des Fahrzeuges ohne Abzug des Schleppmomentes der Brennkraftmaschine rekuperiert werden kann und zudem über die direkt an die Brennkraftmaschine angebundene erste Generatoreinrichtung ein weiterer elektrischer Leistungsabgriff bewerkstelligt wird.
Weiterhin wird ermöglicht, dass die Brennkraftmaschine in einem Schubabschaltungsmodus energetisch vorteilhaft betrieben, abgebremst oder abgeschaltet werden kann. Auf Grundlage des erfindungsgemäßen Konzeptes wird es möglich, dann wenn noch keine Schubabschaltung ausgelöst werden soll, die erste Generatoreinrichtung und die Brennkraftmaschine derart aufeinander abgestimmt zu betreiben, dass sich bei Schubbetrieb auf dem Niveau der Leerlaufdrehzahl ein dem momentanen elektrischen Leistungsbedarf angepasster, oder ggf. auch zur Bereitstellung zusätzlicher Ladeleistung geeigneter Leistungsabgriff mit einem relativ hohen Wirkungsgrad ergibt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Auslösung der Schubabschaltung unter Berücksichtigung des Koppelzustands der Freilaufeinrichtung bewerkstelligt. Der Koppelzustand kann durch unmittelbar an die Freilaufeinrichtung herangerückte Sensoren, oder auch mit der Freilaufeinrichtung zusammenwirkende elektrische Schaltorgane erfasst werden.
Die Ansteuerung der ersten Generatoreinrichtung erfolgt vorzugsweise unter Einschluss einer elektronischen Steuereinrichtung die vorzugsweise weitere hinsichtlich des momentanen Betriebszustandes des Fahrzeuges indikative Signale berücksichtigt. So kann die Schubabschaltung der Brennkraftmaschine mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung veranlasst werden. Diese zeitliche Verzögerung kann variabel festgelegt werden, und beispielsweise bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit zeitlich länger bemessen sein als bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten.
Die Schubabschaltung der Brennkraftmaschine kann vorzugsweise auch auf Grundlage einer fahrerseitigen Selektion eines Betriebsmodus unterbleiben oder weitere Kriterien berücksichtigen. Die Steuereinrichtung kann derart ausgelegt werden, dass das durch die erste Generatoreinrichtung erzeugte Generatorlastmoment sowie auch das durch die zweite Generatoreinrichtung jeweils generierte Generatorlastmoment über diese Steuereinrichtung variabel einstellbar ist.
Die erste Generatoreinrichtung kann in bewährter Weise über den Zugmitteltrieb der Brennkraftmaschine mit dieser kinematisch gekoppelt werden. Die erste Generatoreinrichtung ist dann über die Komponenten des sog. FEAD-Systems mit der Brennkraftmaschine gekoppelt. Es ist auch möglich, die erste Generatoreinrichtung in einem zwischen der Kurbelwelle und der Kupplungseinrichtung liegenden Bereich kinematisch mit der Brennkraftmaschine zu koppeln. Die erste Generatoreinrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass diese als Anlasser betreibbar ist und damit ein zur Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine geeignetes Drehmoment in diese einkoppelt.
Die zur kinematischen Auftrennung des Antriebsstranges im Rahmen des Schubbetriebs des Kraftfahrzeuges vorgesehene Freilaufeinrichtung kann in vorteilhafter Weise in die Kupplungseinrichtung eingebunden oder zumindest mit dieser zu einer Baueinheit zusammengefasst sein.
Die Freilaufeinrichtung kann auch in das Hauptgetriebe des Kraftfahrzeuges integriert werden. Das Getriebe ist beispielsweise als Schaltgetriebe als Doppelkupplungsgetriebe oder automatisiertes Schaltgetriebe ausgeführt. Bei der Ausführung als Schaltgetriebe kann der Freilauf hierbei insbesondere im Bereich der Synchronisation zwischen Synchronkörper und Abtriebswelle angeordnet werden. Es ist auch möglich, die Eingangswelle als geteilte Welle auszuführen und den Freilauf zwischen den beiden Wellenabschnitten anzuordnen. Der Freilauf kann auch bei einem Festrad zwischen dem Zahnkranz und der An- oder Abtriebswelle angeordnet werden. Auch die Abtriebswelle kann als geteilte Welle ausgeführt werden und die Freilaufeinrichtung dann zwischen den beiden Wellenabschnitten der Ausgangswelle angeordnet werden. Insbesondere bei einem Getriebeaufbau mit einem direkt an das Hauptgetriebe angebundenen Achsdifferential ist es auch möglich, den Freilauf zwischen dem Differential und dem dieses treibenden Antriebsrad anzuordnen.
Je näher der Freilauf im Antriebsstrang an die Räder des Fahrzeuges herangerückt wird, umso höher wird der Systemwirkungsgrad, da umso weniger Komponenten des Antriebsstranges im Schubbetrieb mitgeschleppt werden müssen.
Der Freilauf kann in vorteilhafter Weise als reibschlüssig koppelnder Freilauf, insbesondere als Klemmkörperfreilauf ausgeführt sein. Es sind jedoch auch anderweitige Freilaufvariante möglich, z. B. Kugel-, Rollen-, Klinken- und Keilfreiläufe etc.
Die zweite Generatoreinrichtung kann in einem zwischen dem Eingang, oder vorzugsweise dem Ausgang des Hauptgetriebes und den Radnaben der angetriebenen Räder liegenden Bereich kinematisch an den Antriebsstrang angekoppelt sein. Sie kann hierbei in besonders vorteilhafter Weise in eine ein Achsdifferential beherbergende Baueinheit eingebunden werden. Im Falle eines mehrachsig getriebenen Fahrzeuges das als solches ein Verteilergetriebe, d. h. ein Mittendifferential umfasst, kann die zweite Generatoreinrichtung auch in dieses eingebunden werden. Es ist in vorteilhafter Weise auch möglich, die zweite Generatoreinrichtung in das Hauptgetriebe zu integrieren und mit den entsprechenden Getriebekomponenten eines kinematisch zwischen der Freilaufeinrichtung und dem Getriebeausgang liegenden Bereiches zu koppeln.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinrichtung zur Steuerung der über die zweite Generatoreinrichtung abgegriffenen Leistung derart ausgelegt, dass diese im Rahmen des Schubbetriebs die rekuperierte Leistung derart abstimmt, dass die zweite Generatoreinrichtung ein Gegenmoment generiert, das einem Schleppmoment nahe kommt, das bei einem Mitschleppen der Brennkraftmaschine durch diese generiert werden würde. Hierdurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, die Antriebsanordnung so zu betreiben, dass im Rahmen des Schubbetriebs eine vom Fahrer erwartete Bremswirkung eintritt, die noch in einem vom Fahrer erwartenden Ausmaß mit dem gegenwärtigen Niederdrückungsgrad des Gaspedals und zusätzlich evtl. in Abhängigkeit des eingelegten Getriebegangs korreliert. In vorteilhafter Weise kann hierbei im Rahmen einer längeren Fahrt auf einer Gefällestrecke die Brennkraftmaschine abgeschaltet werden und eine angemessene Bremsleistung über die zweite Generatoreinrichtung realisiert werden, wobei die Schubleistung ohne Schleppverlust der Brennkraftmaschine rekuperiert werden kann.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinrichtung derart ausgelegt, dass die einzustellende Schleppmomentleistung der zweiten Generatoreinrichtung aus der gegenwärtigen über ein Gaspedal vorgegebenen Lastanforderung ermittelt wird. Die volle Schleppmomentleistung der Brennkraftmaschine wird dabei dann über die zweite Generatoreinrichtung energetisch vorteilhaft „simuliert”, wenn das Gaspedal völlig entlastet wird, d. h. überhaupt nicht betätigt ist. Je weiter das Gaspedal niedergedrückt ist, umso niedriger wird das durch die zweite Generatoreinrichtung generierte Bremsmoment eingestellt, die Brennkraftmaschine kann hierbei immer noch abgeschaltet sein, oder langsamer rotieren als die Eingangswelle des Hauptgetriebes. Wird das Gaspedal soweit niedergedrückt, dass fahrerseitig ein Leistungsbeitrag der Brennkraftmaschine gefordert wird, so wird die Brennkraftmaschine gestartet und die Brennkraftmaschine treibt sobald die Kurbelwellendrehzahl die zur aktuellen Übersetzung und Fahrzeuggeschwindigkeit passende Drehzahl erreicht wieder über den sich nunmehr schließenden Freilauf das Fahrzeug. Die Generatorleistung wird dann abgesenkt oder komplett auf Null reduziert. Ggf. wird die Generatoreinrichtung dann als Antriebseinrichtung betrieben und generiert insbesondere aus der kurz zuvor rekuperierten und in einem Akkusystem gespeicherten Energie einen Antriebsbeitrag. Der zeitliche Verlauf des Wechsels der zweiten Generatoreinrichtung aus dem Generator-Modus in den Antriebsmodus kann so abgestimmt werden, dass die Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine derart verzögert werden kann, bis deren Leistungsbeitrag tatsächlich erforderlich ist, oder bis diese ggf. aus dem Stillstand auf eine hinreichende Drehzahl hochgefahren ist.
Insbesondere in Kombination mit der vorangehend beschriebenen Maßnahme ist es gemäß einem weiteren besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung auch möglich, die Steuereinrichtung auch derart auszulegen, dass die über die zweite Generatoreinrichtung abzugreifende Schleppmomentleistung aus der gegenwärtigen über ein Bremspedal vorgegebenen Bremswirkung ermittelt wird. Im Falle einer fahrerseitig vorgegebenen Bremsoperation wird also der Leistungsabgriff aus der zweiten Generatoreinrichtung weiter erhöht, ggf. bis zum maximal generierbaren Generatormoment und erst dann wird zusätzlich das Radbremssystem aktiv. Bei Fahrt auf einer Gefällestrecke kann damit über das Gas- und das Bremspedal die Generatorlast der zweiten Generatoreinrichtung so abgestimmt werden, dass sich für den Fahrer der Eindruck ergibt, er würde die Bremsleistung wie bei einem konventionellen, eine Motorbremswirkung bietenden Kraftfahrzeug durch Betätigen von Gas- und Bremspedal dosieren, wobei in dieser Betriebsphase die maximal rekuperierbare Energie über die zweite Generatoreinrichtung zurückgewonnen und in ein fahrzeugseitiges Speichersystem eingespeichert werden kann. Motor und Bremsen werden hierdurch geschont und Emissionen vermieden.
Die Steuereinrichtung kann gemäß einem weiteren besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auch so konfiguriert werden, dass die einzustellende Schleppmomentleistung unter Berücksichtigung des Fahrbahngefälles und ggf. des aktuellen Fahrzeug- oder Gespanngewichts ermittelt wird. So ist es möglich für bestimmte Betriebsphasen, also insbesondere Bergabfahrt, oder Schubbetrieb mit schwer beladenem Fahrzeug oder angehängter Last hier ein Verhalten darzustellen, das eine gegenüber der tatsächlichen Schleppleistung, d. h. Motorbremswirkung der Brennkraftmaschine erhöhte Schleppleistung darstellt. Dieser Ansatz eignet sich insbesondere für Auslegungen von Fahrzeugen mit kleinem Hubraum der eingesetzten Brennkraftmaschine.
In weiterhin vorteilhafter Weise ist es möglich, im Bereich der Fahrerumgebung Eingabemittel vorzusehen, die eine gewisse Abstimmung der generatorseitig generierten Bremsleistung ermöglichen. So ist es insbesondere möglich, die seitens der Generatoreinrichtung generierte Bremswirkung derart auf die Betätigung des Gaspedals abzustimmen, dass eine Entlastung des Gaspedals, also eine Reduktion des Niederdrückungsgrades zu einem hiermit korrelierenden Anstieg der durch die zweite Generatoreinrichtung generierten Bremswirkung führt. Es ergibt sich dann die fahrdynamische Charakteristik, dass das Fahrzeug hart an einer Brennkraftmaschine mit hohem Schleppmoment hängt. Das Gaspedal fungiert dann mehr als Geschwindigkeitsregulator denn als Leistungsregulator. Wird das System also auf hohe Schleppleistung im Schubbetrieb eingestellt, so können ohne signifikanten mechanischen Energieverlust komplexe Fahrsituationen, z. B. die Ein- Durch- und Ausfahrt aus einem Kreisverkehr energetisch vorteilhaft abgewickelt werden. Die im Rahmen der Annäherung an einen Kreisverkehr abzuführende kinetische Energie des Fahrzeuges wird über die zweite Generatoreinrichtung rekuperiert, kurzzeitig gespeichert und bei der Ausfahrt aus dem Kreisverkehr zur Beschleunigung des Fahrzeuges wieder herangezogen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebsanordnung vorzugsweise derart ausgebildet, dass die zweite Generatoreinrichtung in einem zwischen dem Hauptgetriebe und einem Achsdifferential liegenden Bereich an den Antriebsstrang angekoppelt ist. Bei dieser Variante wird es möglich, den Leistungsabgriff über eine einzige in dem stromabwärts der Kupplungseinrichtung liegenden Bereich des Antriebsstranges angeordnete („zweite”) Generatoreinrichtung zu bewerkstelligen, und über das Achsdifferential ausgeglichene Bremswirkungen an beiden Rädern einer Fahrzeugachse sicherzustellen.
Alternativ zu der oben genannten Maßnahme, oder insbesondere auch in Kombination mit dieser ist es auch möglich, die Antriebsanordnung so auszubilden, dass die zweite Generatoreinrichtung einen ersten Teilgenerator und einen zweiten Teilgenerator umfasst, und dass der erste Teilgenerator in einem zwischen dem Achsdifferential und einer linken Radnabe liegenden Bereich an den Antriebsstrang angekoppelt ist, und zudem der zweite Teilgenerator in einem zwischen dem Achsdifferential und einer rechten Radnabe liegenden Bereich an den Antriebsstrang angekoppelt ist. Der Leistungsabgriff kann damit durch insgesamt mehrere, jeweils kleiner bauende, ggf. baugleiche Generatormodule realisiert werden.
Es ist auch möglich, die zweite Generatoreinrichtung so auszubilden, dass diese einen ersten Teilgenerator und einen zweiten Teilgenerator umfasst, und dass der erste Teilgenerator im Bereich einer linken Radaufhängung angeordnet und dort an den Antriebsstrang angekoppelt ist, und dass der zweite Teilgenerator im Bereich einer rechten Radnabe angeordnet und dort an den Antriebsstrang angekoppelt ist.
Die Steuereinrichtung kann so ausgelegt werden, dass die Generatorleistung der linken und rechten Teilgeneratoren unter Berücksichtigung des Lenkradeinschlagwinkels abgestimmt wird. Hierdurch wird es möglich übermäßige Bremsmomente am kurvenäußeren Rad zu vermeiden. Insbesondere ist es auch möglich, die Generatorleistung der linken und rechten Teilgeneratoren unter Berücksichtigung einer ABS-, ASR-, oder ESP-Steuerungsaktion abzustimmen. Je nach Fahrsituation kann damit das generatorseitig generierte Bremsmoment mit extrem hoher Dynamik derart eingestellt werden, dass sich am jeweiligen Rad ein optimales Brems- oder ggf. auch Antriebsmoment ergibt.
Die Antriebsanordnung kann in vorteilhafter Weise auch als Vierradantriebsanordnung, d. h. als Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit Allradantrieb ausgeführt werden. Die Antriebsanordnung umfasst dann ein erstes und ein zweites Achsdifferential sowie ein Mittendifferential das in bekannter Weise zwischen dem Hauptgetriebe und den beiden Achsdifferentialen sitzt. Die zweite Generatoreinrichtung wird dann vorzugsweise derart mehrgliedrig realisiert, dass diese einen ersten und einen zweiten Teilgenerator umfasst und der erste Teilgenerator in einem zwischen dem ersten Achsdifferential und dem Mittendifferential liegenden Bereich an den Antriebsstrang angekoppelt ist und der zweite Teilgenerator in einem zwischen dem zweiten Achsdifferential und dem Mittendifferential liegenden Bereich an den Antriebsstrang angekoppelt ist.
Die Freilaufeinrichtung ist vorzugsweise als reibschlüssig koppelnde Freilaufeinrichtung ausgeführt. Sie kann hierzu beispielsweise als Klemmrollenfreilauf, oder auch als Freilauf mit einer komplexeren Mechanik, z. B. als Lamellenkupplungsscheibenfreilauf ausgeführt sein, der eine Lamellenkupplungspackung und eine Axialnockenscheibe umfasst welche entsprechend der Lastsituation die Lamellenkupplungspackung be- oder entlastet. Weiterhin ist es möglich, die Freilaufeinrichtung derart auszubilden, dass diese auch selektiv sperrbar ist, so dass keine Freilaufwirkung eintritt und die entsprechenden Antriebsstrangabschnitte starr gekoppelt sind. Wird die Freilaufeinrichtung als selektiv sperrbare Freilaufeinrichtung ausgebildet, so wird es möglich, im Rahmen einer Verzögerungsphase die ein über das Bremsmoment der zweiten Generatoreinrichtung hinausgehendes Bremsmoment erfordert vor einer Aktivierung der Radbremssysteme zunächst die Brennkraftmaschine zuzuschalten und deren Schleppmoment zum Abbau der kinetischen Energie heranzuziehen. Hierdurch ergibt sich eine weitere Verschleißreduktion der Bremssysteme. Für den Fall, dass die durch die zweite Generatoreinrichtung im Schubbetrieb abgegriffene Energie nicht weiter gespeichert werden kann ist es möglich, dieses über einen thermischen Verbraucher abzuführen, Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung bietet damit auch die Funktion eines elektrischen Retarders, der ggf. ergänzend zum Schubbetrieb der Brennkraftmaschine aktiviert werden kann.
Die Freilaufeinrichtung kann in vorteilhafter Weise unmittelbar nach dem Getriebeeingang des Hauptgetriebes in dessen Gehäuse angeordnet werden. Diese Anordnung ermöglicht es, die Rückwärtsgang-Funktion des Hauptgetriebes zu nutzen, ohne dass hierzu die Freilaufeinrichtung sperrbar ausgeführt werden müsste.
Alternativ zur vorangehend genannten Variante kann die Freilaufeinrichtung auch in einem zwischen dem Hauptgetriebe und dem Mittendifferential oder einem Achsdifferential liegenden Bereich angeordnet werden. Dies ermöglicht es auch die Schleppverluste des Hauptgetriebes zu eliminieren.
Die zweite Generatoreinrichtung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass diese auch als Antriebsmotor betreibbar ist, zur Einkoppelung eines Antriebsdrehmomentes in den entsprechenden Antriebsstrangabschnitt. Die Energiespeicherung wird vorzugsweise über eine Akkumulator- oder Kondensatoreinrichtung, beispielsweise eine Gold-Cap-Anordnung bewerkstelligt. Die Kondensatoreinrichtung wird für Ladungswechsel mit hoher Dynamik verwendet und ist vorzugsweise so ausgelegt, dass diese ein energetisches Speichervermögen hat, das der kinetischen Energie des Fahrzeuges bei etwa 80 km/h entspricht. Die Akkumulatoreinrichtung kann so ausgelegt sein dass diese beispielsweise eine Reichweite von 30 km bei 60 km/h bietet. Die Brennkraftmaschine und die zweite Generatoreinrichtung können so betrieben werden, dass diese einen Boost-Modus bereitstellen in welchem die zweite Generatoreinrichtung als Zusatzantrieb fungiert welcher ein zusätzliches Antriebsmoment bereitstellt. Die zweite Generatoreinrichtung kann wenigstens einen mit Permanentmagneten bestückten Rotor aufweisen. Sie kann mit der jeweiligen Welle des Antriebsstranges zu einem Modul zusammengefasst werden. Die zweite Generatoreinrichtung kann koaxial zu einer durch diese hindurch verlaufenden Welle angeordnet werden, d. h. der Rotor sitzt auf jener Welle, oder ist auf dieser gelagert. Die zweite Generatoreinrichtung kann weiterhin so gestaltet sein, dass diese über schaltbar aktivierbare Koppelglieder selektiv an den Antriebsstrang ankoppelbar ist. Dies ermöglicht es, die zweite Generatoreinrichtung temporär abzukoppeln und etwaige Wirkungsgradreduktionen z. B. aufgrund von Wirbelstromverlusten zu reduzieren.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung mit einer Freilaufeinrichtung die in ein Hauptgetriebe integriert ist und damit in einem Zwischenbereich zwischen einer dem Eingang des Hauptgetriebes und einer Generatoreinrichtung liegt;
2 eine vereinfachte Darstellung eines Hauptgetriebes mit einem direkt angebundenen Achsdifferential, zur Veranschaulichung geeigneter Einbindungsabschnitte für eine Freilaufeinrichtung;
3 eine Schemadarstellung des Zugmitteltriebs einer Brennkraftmaschine mit einer in diesen eingebundenen ersten Generatoreinrichtung zur Bewerkstelligung eines gesteuerten Leistungsabgriffs im Rahmen des Schubbetriebs, sowie zur Herbeiführung einer Schubabschaltung.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
Die Darstellung nach 1 zeigt in Form einer Schemadarstellung ein Kraftfahrzeug das mit einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ausgestattet ist. Die Antriebsanordnung umfasst eine Brennkraftmaschine M, ein Hauptgetriebe G mit einem Getriebeeingang PI und einem Getriebeausgang PO, sowie ein erstes und ein zweites Achsgetriebe D1, D2 zur Verzweigung der Antriebsleistung auf die Räder 4 jeweils einer Achse A1, A2 jenes Kraftfahrzeuges. An die Brennkraftmaschine M ist über einen Zugmitteltrieb FEAD eine erste Generatoreinrichtung GM angekoppelt. Weiterhin umfasst die Antriebsanordnung eine hier für mehrere, z. T. alternative Einbaupositionen schematisch dargestellte zweite Generatoreinrichtung P, zur Rekuperation kinetischer Energie im Rahmen des Schubbetriebs des Kraftfahrzeuges. Der Betrieb der beiden Generatoreinrichtungen GM, P wird über eine Steuereinrichtung C gesteuert. Die direkte Leitungsführung zwischen den Generatoreinrichtungen GM, P sowie weiteren mit der Steuereinrichtung C gekoppelten Komponenten, z. B. dem Bremspedal BP und dem Gaspedal AP sind hier nur angedeutet.
Bei dieser Antriebsanordnung ist in einem zwischen der Brennkraftmaschine M und dem Hauptgetriebe G liegenden Bereich des Antriebsstranges eine Kupplungseinrichtung K vorgesehen, die eine schaltbare Aufhebung der Antriebsverbindung zwischen der Brennkraftmaschine M und dem Hauptgetriebe G ermöglicht. Zudem ist zwischen einem bereits in dem Hauptgetriebe G liegenden Getriebeeingang PI und der zweiten Generatoreinrichtung P liegenden Innenbereich, eine Freilaufeinrichtung F vorgesehen, die im Rahmen eines Schubbetriebs des Kraftfahrzeuges in einen Freigabezustand gelangt. Die Steuereinrichtung C ist derart ausgelegt, dass diese im Rahmen des Schubbetriebs die über die zweite Generatoreinrichtung rekuperierte Leistung derart abstimmt, dass diese Leistung im wesentlichen der Schleppleistung der Brennkraftmaschine entspricht, die über die Brennkraftmaschine abgegriffen werden würde, wenn die Brennkraftmaschine ohne jenen Freilauf über den Antriebsstrang weiter mitgeschleppt werden würde. Die erste Generatoreinrichtung GM ist derart ausgebildet und mit der Brennkraftmaschine M gekoppelt, dass über die erste Generatoreinrichtung GM eine Schubabschaltung der Brennkraftmaschine M auslösbar ist, d. h. die Brennkraftmaschine M kann über das durch die erste Generatoreinrichtung GM generierte Schleppmoment in einen Schubabschaltungsmodus oder auch zum Stillstand gebracht werden. Im Rahmen eines eingeleiteten Vorgans zur Schubabschaltung kann auch auf weitere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine Einfluss genommen werden, so kann beispielsweise die Kraftstoffzufuhr reduziert oder abgeschaltet werden.
Die Steuereinrichtung C ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel derart ausgelegt, dass die einzustellende Schleppmomentleistung der zweiten Generatoreinrichtung P aus der gegenwärtigen über ein Gaspedal AP vorgegebenen Lastanforderung ermittelt wird. Zudem ist die Steuereinrichtung C derart ausgelegt, dass die einzustellende Schleppmomentleistung des Antriebsstranges aus der gegenwärtigen über ein Bremspedal BP vorgegebenen Bremswirkung ermittelt wird. In der Steuereinrichtung C werden noch weitere Parameter berücksichtigt, insbesondere das momentan durchfahrene Fahrbahngefälle und das Gesamtgewicht des Fahrzeugs oder des Gespanns.
Die zweite Generatoreinrichtung P kann als Einzelmodul PM realisiert sein und hierbei wie dargestellt an den Positionen 1 oder 2, zwischen dem Hauptgetriebe G und einem Achsdifferential D1 oder bei einem vierradgetriebenen Fahrzeug zwischen dem Hauptgetriebe G und einem Verteilergetriebe V angeordnet sein.
Die zweite Generatoreinrichtung P kann auch in mehrere Module P1, P2, P3, P4 aufgegliedert, sein. So können die Module P1, P2 entweder an der Achse A1 oder der Achse A2 in den Positionen 3 angeordnet werden. Das Generatormodul P1 befindet sich dann in einem zwischen dem Achsdifferential D1, D2 und einer rechten Radnabe liegenden Bereich. Das Generatormodul P2 ist dann in einem zwischen dem Achsdifferential D1, D2 und einer linken Radnabe liegenden Bereich an den Antriebsstrang angekoppelt. Im Falle eines einachsig getriebenen Fahrzeuges befindet sich dann diese Module lediglich auf dieser Achse A1 oder A2 und es ist kein Verteilergetriebe V erforderlich. Im Falle eines Vierradantriebs befinden sich sind die Generatormodule P1, P2, P3, P4 wie angedeutet zwischen einem Achsdifferential D1, D2 und einer Radaufhängung.
Im Falle eines allradgetriebenen Kraftfahrzeuges ist es auch möglich, die zweite Generatoreinrichtung P in zwei Teilmodule P5, P6 zu untergliedern und diese in den Positionen 2 zwischen dem Verteilergetriebe V und dem entsprechenden Achsdifferential D1, D2 anzuordnen. Bei einem allradgetriebenen Kraftfahrzeug ist es auch möglich, eines der Generatormodule P5, P6 zwischen dem Verteilergetriebe V und einem Achsdifferential D1; D2 anzuordnen und zwei weitere Generatormodule P1, P2, P3, P4 zwischen dem weiteren Achsdifferential D2; D1 und den zugeordneten Radaufhängungen.
Soweit die zweite Generatoreinrichtung P in links und rechts angeordnete Generatormodule P1, P2, P3, P4 untergliedert ist, ist es möglich die von diesen Generatoren jeweils abgegriffene Leistung unter Berücksichtigung des Lenkradeinschlagwinkels des Kraftfahrzeuges, oder anderweitigen fahrdynamischen Parametern abzustimmen, so dass im Schubbetrieb das Kurvenfahrverhalten verbessert wird. Die vom jeweiligen Teilgenerator P1, P2, P3, P4, P5, P6 abgegriffene Leistung kann auch unter Berücksichtigung einer ABS- oder ESP-Steuerungsaktion abgestimmt werden.
Die Freilaufeinrichtung F ist bei diesem Ausführungsbeispiel als reibschlüssig koppelnde Freilaufeinrichtung ausgeführt die ein sanftes, ruckfreies Auftrennen und Schließen des Antriebsstranges innerhalb des Hauptgetriebes G ermöglicht. Die Freilaufeinrichtung ist mit einem hier nicht näher dargestellten Sperrmechanismus versehen, der es ermöglicht, im Rahmen bestimmter Betriebszustände die Freilaufeinrichtung derart zu überbrücken, dass im Rahmen eines Schleppbetriebsmodus die Brennkraftmaschine M mitgeschleppt wird.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Freilaufeinrichtung F in dem Hauptgetriebe G in einem Abschnitt des Hauptgetriebes angeordnet, der zwischen dem Getriebeeingang PI und dem Getriebeausgang PO liegt.
Die zweite Generatoreinrichtung P, oder deren Generatormodule PM, P1, P2, P3, P4, P5 können ggf. schaltbar mit dem zugeordneten Antriebsstrangabschnitt koppelbar sein. Sie können koaxial zu einer entsprechenden Welle angeordnet sein, insbesondere kann der Rotor des jeweiligen Generators im Zusammenspiel mit der entsprechenden Welle realisiert sein. Die Generatormodule PM, P1, P2, P3, P4, P5 können auch über eine Getriebeeinrichtung, insbesondere einen Zugmitteltrieb mit den entsprechenden Wellen gekoppelt oder an das Verteilergetriebe V oder die Achsdifferentiale D1, D2 oder die jeweilige Radaufhängung angebunden sein.
Die Steuerung des Leistungsabgriffs kann erfolgen, indem z. B. die Generatormodule PM, P1, P2, P3, P4, P5 als Wechselstromgeneratoren ausgelegt sind und durch die Steuereinrichtung C die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung aktiv eingestellt wird. Es können also z. B. über die Statorwicklungen des jeweiligen Generatormoduls Drehfelder erzeugt werden welche entweder den darin rotierenden Rotor bremsen (Generatorbetriebsmodus) oder antreiben (Motorbetriebsmodus). Die Rotoren können hierbei insbesondere als mit Permanentmagneten bestückte Rotoren ausgebildet sein.
Die Funktionsweise des dargestellten Kraftfahrzeuges ist wie folgt: Ein erfindungsgemäß ausgestattetes Kraftfahrzeug befährt im Rahmen einer Fahrt durch das fränkische Jura einen ansteigenden Straßenabschnitt und erreicht dann einen Kuppenbereich. Aufgrund freier Fahrbahn betätigt der Fahrer das Gaspedal und beschleunigt das Fahrzeug zunächst mit einem Leistungsbeitrag der Brennkraftmaschine. Das Fahrzeug beschleunigt unter Wirkung des Leistungsbeitrags der Brennkraftmaschine sowie der auf dem nunmehr abfälligen Straßenabschnitt wirksamen Hangabtriebskraft. Das Fahrzeug erreicht die vom Fahrer gewünschte Geschwindigkeit und dieser reduziert den Niederdrückungsgrad des Gaspedals. Aufgrund der weiter wirksamen Hangabtriebskraft beschleunigt das Fahrzeug weiter. Nunmehr gelangt das Fahrzeug in einen Schubbetriebsmodus und die im Hauptgetriebe G liegende Freilaufeinrichtung F öffnet. Die erste Generatoreinrichtung GM wird durch die Steuereinrichtung C derart angesteuert, dass die erste Generatoreinrichtung GM ein Schleppmoment generiert, durch welches die Brennkraftmaschine in den Schubbetrieb übergeht. Bleibt der Fahrer auf dem Gaspedal AP in einer Stellung in welcher die Brennkraftmaschine noch fast ohne Schleppmoment mitlaufen würde, so stellt die Steuereinrichtung C einen nur schwachen Leistungsabgriff an der zweiten Generatoreinrichtung P ein und führt die abgezweigte elektrische Energie einem Akkusystem zu. Reduziert der Fahrer den Gaspedalniederdrückungsgrad weiter, so erhöht die Steuereinrichtung C den Leistungsabgriff aus der zweiten Generatoreinrichtung und das hierdurch generierte Bremsmoment und der elektrische Leistungsabgriff werden vergrößert. Für den Fahrer ergibt sich hierbei der Eindruck, er würde über das Gaspedal PA nur die sog. Motorbremse dosieren. Nimmt der Fahrer den Fuß gänzlich vom Gas, so stellt die Steuereinrichtung C den Leistungsabgriff so ein, dass eine Fahrzeugverzögerung eintritt wie sie auch unter der normalen Schleppwirkung der Brennkraftmaschine M eintreten würde. Im Bereich der Fahrerumgebung können Eingabeeinrichtungen vorgesehen sein, die es ermöglichen die Schleppmomentcharakteristik einzustellen, so dass ggf. Schleppmomente generiert werden, die über dem Schleppmoment der Brennkraftmaschine liegen. Das System kann hierbei so ausgelegt werden, dass Einstellungen möglich sind in welchen kein Schleppmoment generiert wird, ein Schleppmoment unterhalb des Schleppmoments der Brennkraftmaschine, eines das im wesentlichen der Brennkraftmaschine entspricht, und eines oder mehrere die darüber liegen.
Die Steuereinrichtung und das unter Einschluss derselben gebildete Gesamtsystem kann weiterhin so gestaltet werden, dass bei Betätigen der Bremse der Leistungsabgriff über die zweite Generatoreinrichtung entsprechend dem Niederdrückungs- oder Belastungsgrad des Bremspedals weiter erhöht wird, und erst wenn die hierbei erreichte Bremswirkung unter der fahrerseitig gewünschten Bremswirkung liegt die Radbremsen zusätzlich aktiv werden.
Das erfindungsgemäße System ermöglicht sowohl eine Rekuperation potentieller Energie des Fahrzeuges im Rahmen einer Abfahrt auf einer Gefällestrecke, als auch die Rekuperation kinetischer Energie im Rahmen des Betriebs des Fahrzeugs mit einem alternierenden Geschwindigkeitsprofil. Die Steuereinrichtung C ist vorzugsweise so ausgelegt, dass die Aktivitäten der beiden Generatoreinrichtungen GM, P im wesentlichen unauffällig, ruckfrei geregelt werden.
In 2 ist vereinfacht der Aufbau eines Hauptgetriebes dargestellt. Die Wellen U1, U2, U3, U4 des Getriebes befinden sich in jenen Positionen, die in der im oberen rechten Bildbereich eingebundenen Skizze S1 veranschaulicht sind. Die Schnittdarstellung selbst zeigt diese Wellen U1, U2, U3, U4 in geklappter Darstellung.
Das hier gezeigte Hauptgetriebe G umfasst ein Getriebegehäuse GH. Aus diesem Getriebegehäuse GH führt ein Endabschnitt der den Getriebeeingang PI bildenden Eingangswelle U1 heraus. An das Hauptgetriebe G ist ein Achsdifferential D1 angebunden. Dieses umfasst ein auf dem Umlaufgehäuse CD des Achsdifferentials sitzenden Stirnrad WD das über ein auf der Ausgangswelle U2 sitzendes Stirnrad getrieben wird. Dieses Stirnrad WD stellt den Ausgang PO des Hauptgetriebes G dar.
Bei dem dargestellten Hauptgetriebe G kann die erfindungsgemäß abwärts des Leistungseingangs PI angeordnete Freilaufeinrichtung an den hier jeweils durch Kreissymbole gekennzeichneten Positionen 1, 2, 3, 4, 5 angeordnet werden.
Der Freilauf kann wie hier angedeutet in der Position 1, d. h. im Bereich der Synchronisation zwischen Synchronkörper und Abtriebswelle U3 angeordnet werden. Wird die Freilaufeinrichtung im Bereich der Position 2 angeordnet, so wird hierzu die Eingangswelle U1 als geteilte Welle ausgeführt und der Freilauf zwischen den beiden Wellenabschnitten angeordnet. Zur Anordnung der Freilaufeinrichtung in den Positionen 3 wird die Freilaufmechanik zwischen dem entsprechenden Zahnkranz und der Antriebswelle U1 angeordnet werden. Auch die Abtriebswelle U2, U3 kann als geteilte Welle ausgeführt werden und die Freilaufeinrichtung dann in der gezeigten Position 4 zwischen den beiden Wellenabschnitten der Ausgangswelle U2, U3 angeordnet werden. Alternativ zu den angesprochenen Einbindungsstellen der Freilaufeinrichtung in das Hauptgetriebe G, kann die Freilaufeinrichtung auch im Bereich des Achsdifferentials D wie hier durch die Positionsnummer 5 angedeutet zwischen dem Umlaufgehäuse CD und dem Antriebsrad WD angeordnet werden.
Je näher die Freilaufeinrichtung im Antriebsstrang an die Räder des Fahrzeuges herangerückt wird, umso höher wird der Systemwirkungsgrad, da umso weniger Komponenten des Antriebsstranges im Schubbetrieb mitgeschleppt werden müssen. Bei dem in 2 gezeigten Getriebeaufbau wäre unter diesem Gesichtspunkt die Anordnung der Freilaufeinrichtung in der Position 5, die günstigste Anordnung. Die zweite Generatoreinrichtung P müsste dann wie in 1 bezüglich der Achse A1 gezeigt in zwei Generatormodule P1, P2 aufgeteilt werden die im Bereich zwischen den Ausgängen des Achsdifferentials und den benachbarten Rädern kinematisch an den Antriebsstrang angebunden sind. Für den Aufbau der Freilaufeinrichtung sind verschiedenste Bauweisen möglich. Innerhalb des Getriebegehäuses GH kann die Freilaufeinrichtung insbesondere als Klemmkörperfreilauf ausgebildet sein.
Die Anordnung der Freilaufeinrichtung im inneren des Getriebes G ermöglicht es zudem, die Freilaufeinrichtung so auszubilden, dass diese ggf. nicht für alle Gänge wirksam wird, so dass beispielsweise die Funktion der Abkoppelung der Brennkraftmaschine nur für den 4. 5. und sechsten Gang besteht und bei niedrigeren Gängen, sowie im Rückwärtsgang die Freilaufeinrichtung keine Auftrennung des Antriebsstranges veranlasst.
In 3 ist in Form einer Schemadarstellung der Riementrieb FEAD (Front End Alternator Drive) einer Brennkraftmaschine dargestellt über welchen die im Kontext der vorliegenden Beschreibung als erste Generatoreinrichtung bezeichnete Generatoreinrichtung GM angeordnet und damit mit der Brennkraftmaschine M gekoppelt ist. Der Riementrieb FEAD umfasst hier beispielhaft eine auf der Kurbelwelle CS sitzende Riemenscheibe CSW, eine Spannrolle TW, eine Riemenscheibe CW zum Antrieb eines Klimakompressors, eine Generatorriemenscheibe GW, eine Servopumpenriemenscheibe SPW und eine Wasserpumpenriemenscheibe WPW. Der Riementrieb kann auch so ausgeführt sein, dass das Zugmittel TB nur die erste Generatoreinrichtung GM mit der Kurbelwellenriemenscheibe CSW koppelt und die weiteren Komponenten über einen parallelen Zugmitteltrieb an die Kurbelwellenriemenscheibe CSW angekoppelt sind.
Um die Schubabschaltung auszulösen wird bei geöffnetem Freilauf der Leistungsabgriff über die erste Generatoreinrichtung GM erhöht und dabei auf einen Pegel eingestellt dass sich ein Generatorschleppmoment ergibt welches die Schubabschaltung auslöst oder unterstützt. So ist es insbesondere möglich, in Betriebsphasen in welchen bei hoher Kurbelwellendrehzahl die Freilaufeinrichtung öffnet die Generatorlast an der ersten Generatoreinrichtung GM so einzustellen, dass die Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine rasch auf das Niveau der Leerlaufdrehzahl abgesenkt wird. Bei Erfüllung eines Abschaltkriteriums kann das Lastmoment der Generatoreinrichtung GM soweit erhöht werden, dass die Brennkraftmaschine M zum Stillstand kommt. Die Generatoreinrichtung GM kann so ausgelegt werden, dass diese als Anlasser betreibbar ist über welchen die Brennkraftmaschine wieder auf Drehzahl gebracht werden kann. Die hierzu erforderliche elektrische Leistung kann bei noch rollendem Fahrzeug ggf. zum Teil aus der zweiten Generatoreinrichtung P abgegriffen werden.
Die Auslösung der Schubabschaltung wird unter Berücksichtigung des Koppelzustands der Freilaufeinrichtung bewerkstelligt. Über die der ersten Generatoreinrichtung GM zugeordnete Steuereinrichtung C kann das durch die erste Generatoreinrichtung generierte Schleppmoment eingestellt werden. Diese Steuereinrichtung C kann so ausgelegt sein, dass diese den Koppelzustand der Freilaufeinrichtung berücksichtigt. Die erste Generatoreinrichtung und die Brennkraftmaschine sind derart aufeinander abgestimmt betreibbar, dass sich auf dem Niveau der Leerlaufdrehzahl ein dem momentanen elektrischen Leistungsbedarf angepasster Leistungsabgriff ergibt. Die Abkoppelung des Antriebsstranges von der Brennkraftmaschine im Schubbetrieb erfolgt indem die Freilaufeinrichtung in die Kupplungseinrichtung oder in das Hauptgetriebe eingebunden ist, oder auch indem die Freilaufeinrichtung in einem zwischen dem Hauptgetriebe und der zweiten Generatoreinrichtung liegenden Bereich vorgesehen ist.
Die Erfindung betrifft im Kern eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug bei welcher einerseits durch die Integration eines Freilaufs in den Antriebsstrang im Rahmen des Schubbetriebs des Fahrzeugs die potentielle und die kinetische Energie des Fahrzeuges mit hohem Wirkungsgrad rekuperiert werden kann und zudem ein an die Brennkraftmaschine angekoppelter erster Generator so betrieben werden kann, dass bei Öffnen des Freilaufs durch den ersten Generator ein Schubabschaltungsbetriebsmodus der Brennkraftmaschine herbeigeführt wird. Der Antriebsstrang selbst umfasst ein Hauptgetriebe das als Schaltgetriebe, als Doppelkupplungsgetriebe oder z. B. auch als automatisiertes Schaltgetriebe ausgeführt ist. Der Freilauf kann wie in Verbindung mit 2 ausgeführt an unterschiedlichen Positionen im Getriebe selbst realisiert werden. Die Antriebsanordnung umfasst neben der an die Brennkraftmaschine angekoppelten ersten Generatoreinrichtung GM eine zweite Generatoreinrichtung P. Während die zweite Generatoreinrichtung P bei geöffnetem Freilauf die Option bietet, über Rekuperieren die Motorbremse zu simulieren, so dient die erste Generatoreinrichtung GM dazu, die Schubabschaltung des Motors durch ein entsprechendes Schleppmoment auszulösen. Während die zweite Generatoreinrichtung P beispielsweise lediglich bei einem Antippen des Bremspedals BP oder alternativ durch eine Betätigung eines Auslösers am Lenkrad aktiv wird und so das Fahrzeug über Rekuperation bremst, so wird der erste Generator GM prinzipiell immer ausgelöst, um die Schubabschaltung zu realisieren. Sprich der zweite Generator P wird durch ein Signal des Fahrers ausgelöst, während der erste Generator GM schaltungstechnisch über den Freilauf F angesteuert wird indem er von diesem ein Signal erhält. Bei einer Segelfunktion, d. h. das Fahrzeug wird nicht über den zweiten Generator P abgebremst, wird dennoch der Motor M durch das Schleppmoment des ersten Generators GM abgebremst. Es ist möglich, den Kopplungszustand der Freilaufeinrichtung F auch aus der Kurbelwellendrehzahl, dem aktuellen Gang und den Raddrehzahlen zu errechnen und den so errechneten Zustand der Herbeiführung des Schubbetriebsmodus der Brennkraftmaschine zugrunde zu legen. Auf eine Sensoreinrichtung an der Freilaufeinrichtung kann dann verzichtet werden.
Bezugszeichenliste

GM: erste Generatoreinrichtung
P: zweite Generatoreinrichtung
M: Brennkraftmaschine
K: Kupplungseinrichtung
G: Hauptgetriebe
A1: Achse
A2: Achse
D1: Achsgetriebe/Achsdifferential
D2: Achsgetriebe/Achsdifferential
4: Räder
C: Steuereinrichtung
F: Freilaufeinrichtung
AP: Gaspedal
BP: Bremspedal
1: Positionskennzeichnung
2: Positionskennzeichnung
3: Positionskennzeichnung
4: Positionskennzeichnung (nur in 2)
5: Positionskennzeichnung (nur in 2)
P1: Generatormodul
P2: Generatormodul
P3: Generatormodul
P4: Generatormodul
PM: Generatormodul
V: Mittendifferential
U1: Antriebswelle
U2: Abtriebswelle
U3: Abtriebswelle
GH: Getriebegehäuse
WD: Stirnrad
PO: Ausgang
PI: Eingang
S1: Skizze
FEAD: Riementrieb
M: Brennkraftmaschine
CSW: Riemenscheibe
TW: Spannrolle
CS: Kurbelwelle
WPW: Wasserpumpenriemenscheibe
GW: Generatorriemenscheibe
TB: Zugmittel
CW: Riemenscheibe

Claims

Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit: – einer Brennkraftmaschine (M), – einer ersten Generatoreinrichtung (GM) die mit der Brennkraftmaschine (M) kinematisch gekoppelt ist, – einem Hauptgetriebe (G) mit einem Getriebeeingang (PI) und einem Getriebeausgang (PO), zur kinematischen Koppelung des Getriebeeingangs (PI) und des Getriebeausgangs (PO) mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen, – wenigstens einem Achsgetriebe (D1, D2) zur Verzweigung der Antriebsleistung auf die Räder (4) einer Achse (A1, A2) jenes Kraftfahrzeuges, – einer Kupplungseinrichtung (K) die in einem zwischen der Brennkraftmaschine (M) und dem Hauptgetriebe (G) liegenden Bereich des Antriebsstranges vorgesehen ist und eine schaltbare Aufhebung der Antriebsverbindung zwischen der Brennkraftmaschine (M) und dem Hauptgetriebe (G) ermöglicht, und – einer zweiten Generatoreinrichtung (P), zur Rekuperation kinetischer Energie im Rahmen des Schubbetriebs des Kraftfahrzeuges, wobei – die zweite Generatoreinrichtung (P) in einem zwischen der Kupplungseinrichtung (K) und den Rädern des Kraftfahrzeuges liegenden Bereich des Antriebsstrangs kinematisch an den Antriebsstrang angekoppelt ist, – in einem zwischen der Brennkraftmaschine (M) und der zweiten Generatoreinrichtung (P) liegenden Bereich eine Freilaufeinrichtung (F) vorgesehen ist, die im Rahmen eines Schubbetriebs des Kraftfahrzeuges in einen Freigabezustand gelangt, so dass kein Schubmoment an der Brennkraftmaschine (M) anliegt.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Generatoreinrichtung und die Brennkraftmaschine derart aufeinander abgestimmt betreibbar sind, dass sich auf dem Niveau der Leerlaufdrehzahl ein dem momentanen elektrischen Leistungsbedarf angepasster Leistungsabgriff ergibt.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (C) vorgesehen ist, und dass das durch die erste Generatoreinrichtung (GM) generierte Schleppmoment über diese Steuereinrichtung (C) einstellbar ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelzustand der Freilaufeinrichtung (F) durch die Steuereinrichtung (C) berücksichtigt wird.
Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Generatoreinrichtung (GM) über den Zugmitteltrieb der Brennkraftmaschine (M) mit dieser kinematisch gekoppelt ist.
Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Generatoreinrichtung in einem zwischen der Kurbelwelle und der Kupplungseinrichtung liegenden Bereich kinematisch mit der Brennkraftmaschine gekoppelt ist.
Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufeinrichtung (F) in die Kupplungseinrichtung (K) eingebunden ist.
Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufeinrichtung (F) in das Hauptgetriebe (G) eingebunden ist.
Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufeinrichtung (F) in einem zwischen dem Hauptgetriebe (G) und der zweiten Generatoreinrichtung (P) liegenden Bereich vorgesehen ist.
Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Generatoreinrichtung (GM) derart betreibbar und mit der Brennkraftmaschine (M) gekoppelt ist, dass durch die erste Generatoreinrichtung (GM) ein Betrieb der Brennkraftmaschine (M) in einem Schubabschaltungsmodus veranlassbar ist, und dass die Auslösung der Schubabschaltung über die erste Generatoreinrichtung (GM) unter Berücksichtigung des Koppelzustands der Freilaufeinrichtung (F) bewerkstelligt wird.