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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinrichtung,
welche über eine Kupplungseinrichtung mit einem Getriebe
verbunden ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Steuerung
von Fahrbetriebszuständen eines derartigen Kraftfahrzeuges.
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Üblicherweise
bleibt während der Fahrt ohne Last, das heißt
bei einem gewöhnlichen Dahinrollen, bei welchem ein Fahrer
weder Beschleunigung noch Verzögerung anfordert, bei herkömmlichen
Automatikgetrieben ein Triebsstrang geschlossen. Gleichzeitig wird
die Antriebseinrichtung auf den dafür notwendigen Drehzahlen
gehalten. Im Leerlauf bzw. Stillstand würde die Antriebseinrichtung
jedoch deutlich weniger Kraftstoff verbrauchen, was sich insbesondere
positiv auf eine CO2-Bilanz des Kraftfahrzeuges auswirken
würde.
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Aus
der
DE 195 07 622
A1 ist ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug
mit einer Freilauffunktion bekannt, in welcher zur Kraftstoffeinsparung
und Emissionsreduzierung die Brennkraftmaschine mittels einer Kupplung
von einem nachgeordneten Getriebe abgekoppelt wird. Die Freilauffunktion
kommt dabei insbesondere während einer antriebslosen Schubbetriebsphase
zur Anwendung. Um die Aufmerksamkeit des Fahrers des Kraftfahrzeuges,
beispielsweise bei einem Bremsvorgang vor einer engen Kurve, bei
welchem zur Bremsunterstützung und Schonung der mechanischen
Radbremsen eine Motorbremse durch Betätigen eines Schalters
manuell zugeschaltet werden kann, nicht über Gebühr
zu beeinträchtigen, wird vorgeschlagen, die antriebslose
Schubbetriebsphase immer dann zu beenden, wenn der Fahrer das Bremspedal
des Kraftfahrzeuges betätigt.
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Aus
der
DE 43 34 210 A1 ist
ein Steuerungsverfahren zum Betrieb eines Antriebsaggregates für ein
Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem in einer Schubbetriebsphase die
Antriebseinrichtung kraftstoffsparend vom Getriebe abgekoppelt und
stillgesetzt wird. Zur Beendigung der Schubbetriebsphase genügt
die Betätigung des Fahrpedals mit einem bestimmten Auslenkwinkel
und/oder mit einer bestimmten Änderungsgeschwindigkeit
des Auslenkwinkels. Um dabei ein Kraftstoffverbrauch erhöhendes
Unterbrechen der Schubbetriebsphase zu vermeiden, werden die Getriebeabtriebswellendrehzahl
und eine Schalthebelposition während der Schubbetriebsphase
ständig überwacht und einem in einem Computerspeicher
abgelegten Fahrpedalstellungssollwert zugeordnet. Die Kupplung wird
dabei in der Schubbetriebsphase frühestens dann wieder
eingerückt, wenn die ermittelte Fahrpedalsollstellung mit
der aktuellen Fahrpedalstellung übereinstimmt.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für ein Kraftfahrzeug der gattungsgemäßen
Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, mit welcher
insbesondere eine positive CO2-Bilanz des
Kraftfahrzeuges erzielt werden kann.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände
der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, unterschiedliche
Fahrbetriebszustände zugehörigen Fahrpedalstellungsbereichen
zuzuordnen und eine Kupplungseinrichtung, welche eine Antriebseinrichtung
des Kraftfahrzeuges mit einem Getriebe verbindet bzw. trennt, in
Abhängigkeit der ermittelten Fahrpedalstellungsbereiche
und damit in Abhängigkeit der Fahrbetriebszustände
zu betätigen. Zur Erfassung der Fahrpedalstellungsbereiche
ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, welche beispielsweise einen
Auslenkungswinkel des Fahrpedals sensiert. Insgesamt werden dabei
zumindest drei Fahrpedalstellungsbereiche unterschieden, wobei einem
ersten dieser Bereiche der Fahrbetriebszustand „Motorbremsbetrieb",
dem zweiten Fahrpedalstellungsbereich, der Fahrbetriebszustand „antriebskraftloser
Freilauf" und dem dritten Fahrpedalstellungsbereich der Fahrbetriebszustand „Normalbetrieb"
zugeordnet ist. Im Fahrbetriebszustand „Motorbremsbetrieb"
ist dabei die Kupplungseinrichtung geschlossen und das Schleppmoment
der Antriebseinrichtung so hoch, dass diese eine Bremswirkung für das
Kraftfahrzeug erzeugt. Im Fahrbetriebszustand „antriebskraftloser
Freilauf" ist die Kupplungseinrichtung ausgerückt und die
Antriebseinrichtung üblicherweise stillgesetzt bzw. im
Leerlauf, wodurch insbesondere in diesem Fahrbetriebszustand, in
welchem weder eine Verzögerung noch eine Beschleunigung
vom Fahrer angefordert wird, die CO2-Bilanz des
Kraftfahrzeuges im Vergleich zu stets mit dem Getriebe verbunden
Antriebseinrichtungen deutlich verbessert werden kann. Die Betätigung
der Kupplungseinrichtung in Abhängigkeit der einzelnen
Fahrbetriebszustände, das heißt in Abhängigkeit der
einzelnen Fahrpedalstellungsbereiche, erfolgt dabei über
eine Steuerungseinrichtung, welche sowohl mit der Kupplungseinrichtung
als auch mit der Sensoreinrichtung verbunden ist. Durch das Trennen
des Antriebsstranges im Fahrbetriebszustand „antriebskraftloser
Freilauf" lässt sich auch der Kraftstoffverbrauch reduzieren,
was neben einer Kosteneinsparung auch zu einem Imagevorteil führt.
Ein Stillsetzen der Antriebseinrichtung im Fahrbetriebszustand „antriebskraftloser
Freilauf" ist dabei selbstverständlich nur dann möglich,
sofern die Antriebseinrichtung nicht zur Energieerzeugung für
weitere Aggregate, beispielsweise einer Servounterstützung,
benötigt wird.
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Die
Kupplungseinrichtung, die im Fahrbetriebszustand „antriebskraftloser
Freilauf" ausgerückt wird, kann als Anfahrelement dienen,
also beispielsweise als automatisierte Kupplung zwischen der Antriebseinrichtung
und einem Getriebeeingang angeordnet sein. Sie kann auch innerhalb
des Getriebes angeordnet sein, so dass ein Teil des Getriebes über die
Kupplungseinrichtung mit der Antriebseinrichtung verbunden ist.
Die Kupplungseinrichtung kann dann beispielsweise zur Aktivierung
von verschiedenen Gängen oder Fahrstufen im Getriebe dienen.
In diesem Fall kann beispielsweise ein Drehmomentwandler als Anfahrelement
dienen.
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Bei
dem Getriebe kann es sich beispielsweise um ein automatisiertes
Schaltgetriebe, ein Automatikgetriebe mit gekoppelten Planetensätzen,
ein Doppelkupplungsgetriebe (DKG) oder ein kontinuierlich verstellbares
Getriebe (CVT) handeln.
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Zweckmäßig
entspricht der Fahrbetriebszustand „Motorbremsbetrieb"
einer Fahrpedalauslenkung α von 0 ≤ α ≤ 1%
der möglichen Gesamtauslenkung im Öffnungssinne.
Der Fahrbetriebszustand „Motorbremsbetrieb" wird somit
ausschließlich dann gewählt, sofern das Fahrpedal überhaupt
nicht oder nur minimal ausgelenkt wird, wobei letzteres beispielsweise
durch ein bloßes Abstellen des Fußes auf dem Fahrpedal
erfolgen kann. Die maximal mögliche Fahrpedalauslenkung α in
Höhe von 1% der möglichen Gesamtauslenkung stellt
dabei sicher, dass der Fahrbetriebszustand „Motorbremsbetrieb" ausschließlich
dann von der Steuerungseinrichtung gewählt wird, wenn dies
eindeutig einem Verhalten des Fahrers, nämlich dem Nichtbetätigen
des Fahrpedales, zuzuordnen ist.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Lösung ist zwischen zumindest zwei Fahrpedalstellungsbereichen ein überdrückbarer,
beispielsweise ein haptischer oder mechanischer, Widerstand vorgesehen.
Dies kann beispielsweise zwischen den beiden Fahrpedalstellungsbereichen
der Fall sein, die zwischen den benachbart liegenden Fahrbetriebszuständen „Motorbremsbetrieb"
und „antriebskraftloser Freilauf" liegen. Der überdrückbare
Widerstand signalisiert dabei dem Fahrer des Kraftfahrzeuges in
haptisch leicht erkennbarer Weise, dass er sich an der Grenze zwischen
zwei Fahrpedalstellungsbereichen, das heißt auch zwischen
zwei Fahrbetriebszuständen befindet und bei einem weiteren
Niederdrücken des Fahrpedals den aktuellen Fahrbetriebszustand
verlässt bzw. wechselt. Hierdurch ist eine gewisse Einflussnahme des
Fahrers auf die jeweiligen Fahrbetriebszustände möglich,
so dass besonders geübte Fahrer durch eigenes Verhalten
eine Kraftstoffreduzierung bzw. eine Senkung der CO2-Emissionen
bewirken können.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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Die
einzige 1 zeigt eine erfindungsgemäße
Antriebsanordnung eines im übrigen nicht gezeigten Kraftfahrzeuges.
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Entsprechend 1 weist
eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung 1 eines
im übrigen nicht dargestellten Kraftfahrzeuges eine Antriebseinrichtung 2,
beispielsweise ein Verbrennungsmotor, auf, welcher über
eine Kupplungseinrichtung 3 in Form einer automatisierten
Kupplung mit einem Getriebe 4 in Form eines automatisierten
Schaltgetriebes wirkungsverbunden ist.
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Zur
Laststeuerung der Antriebseinrichtung 2 ist ein Fahrpedal 5 vorgesehen,
welches je nach Stellung eine nicht gezeichnete Drosselklappe öffnet bzw.
schließt und dadurch die Antriebseinrichtung 2 zu
größerer oder geringerer Leistungabgabe anhält. Die
Kupplungseinrichtung 3 wird insbesondere auch zum Wechseln
der Gänge im Getriebe 4 benötigt, wobei
die einzelnen Gänge beispielsweise über einen
Gangwählhebel 6 von einem Fahrer des Kraftfahrzeuges anwählbar
sind. Um nun die CO2-Bilanz des Kraftfahrzeuges
zu verbessern, insbesondere dessen Kraftstoffverbrauch zu reduzieren,
soll in einem Fahrbetriebszustand, in welchem der Fahrer des Kraftfahrzeuges
weder eine Beschleunigung noch eine Verzögerung anfordert,
die Antriebseinrichtung 2 vom Getriebe 4 abgekoppelt
und stillgelegt bzw. in einen Leerlaufzustand überführt
werden. Dieser Fahrbetriebszustand wird üblicherweise als „antriebskraftloser
Freilauf" bezeichnet.
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Insgesamt
werden zumindest drei Fahrbetriebszustände unterschieden,
nämlich ein „Motorbremsbetrieb", oben beschriebener „antriebskraftloser
Freilauf" und ein „Normalbetrieb", wobei ausschließlich
im Fahrbetriebszustand „antriebskraftloser Freilauf" die
Kupplungseinrichtung 3 ausgerückt ist. Die Erfindung
macht sich dabei zu nutze, dass die einzelnen Fahrbetriebszustände üblicherweise
eindeutig einem jeweiligen Fahrpedalstellungsbereich des Fahrpedals 5 zuordenbar
sind, so dass das Ausrücken bzw. Einrücken der
Kupplungseinrichtung 3, verbunden mit dem Aktivieren bzw.
Deaktivieren der Antriebseinrichtung 2, direkt mit der
Stellung des Fahrpedals 5 zusammenhängt. Aus diesem
Grund ist eine Sensoreinrichtung 7 vorgesehen, welche die einzelnen
Fahrpedalstellungsbereiche erfasst. Jedem dieser Fahrpedalstellungsbereich
ist dabei einer der oben beschriebenen Fahrbetriebszustände
zugeordnet. Die Sensoreinrichtung 7 ist über eine
Steuerungseinrichtung 8 mit der Kupplungseinrichtung 3 verbunden,
wobei die Steuerungseinrichtung 8 die Kupplungseinrichtung 3 in
Abhängigkeit der von der Sensoreinrichtung 7 ermittelten
Fahrpedalstellungsbereiche und damit auch in Abhängigkeit
der jeweils zugehörigen Fahrbetriebszustände betätigt.
Wird somit von der Sensoreinrichtung 7 der Steuerungseinrichtung 8 ein
Fahrpedalstellungsbereich des Fahrpedales 5 übermittelt, welcher
eindeutig und ausschließlich dem Fahrbetriebszustand „antriebskraftloser
Freilauf" zugeordnet werden kann, so bewirkt die Steuerungseinrichtung 8 ein
Ausrücken der Kupplungseinrichtung 3 und ein Abschalten
der Antriebseinrichtung 2 bzw. ein Überführen
derselben in den Leerlauf.
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Dabei
ist der Fahrbetriebszustand „Motorbremsbetrieb" einer Fahrpedalauslenkung α von
0 ≤ α ≤ 1% im Öffnungssinne
zugeordnet, wobei die Fahrpedalauslenkung α selbstverständlich
auch für ein vordefiniertes Winkelmaß stehen kann.
Der Fahrbetriebszustand „antriebskraftloser Freilauf",
also derjenige Fahrbetriebszustand, in welchem weder eine Verzögerung
noch eine Beschleunigung angefordert wird, entspricht einer Fahrpedalauslenkung von
1 < α ≤ 5%
im Öffnungssinne. Der Fahrbetriebszustand „Normalbetrieb"
entspricht einer Fahrpedalauslenkung von 5 < α ≤ 100% im Öffnungssinne,
bzw. einem dementsprechend größeren Winkel. Der
Fahrbetriebszustand „Normalbetrieb" ist dabei an eine Fahrpedalkennlinie
gekoppelt, so dass ein mehr oder weniger starkes Betätigen
des Fahrpedals 5 in diesem Bereich ein mehr oder weniger
starkes Gasgeben bewirkt.
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An
der oberen Grenze des Fahrbetriebszustandes „Normalbetrieb"
schließt sich optional noch der Fahrbetriebszustand „Kickdown"
an, der dann einer Fahrpedalauslenkung von α ≥ 100%
im Öffnungssinne entspricht. Üblicherweise ist
dabei zwischen dem Fahrbetriebszustand „Normalbetrieb"
und dem Fahrbetriebszustand „Kickdown" ein überdruckbarer
Widerstand vorgesehen, welcher dem Fahrer des Kraftfahrzeuges eindeutig
den Wechsel in den „Kickdown-Modus" signalisieren soll.
Selbstverständlich ist dabei auch denkbar, dass zwischen
zwei anderen Fahrbetriebszuständen, das heißt
zwischen zwei anderen Fahrpedalstellungsbereichen ein überdrückbarer
Widerstand vorgesehen ist. Zur individuellen Anpassung des Systems
kann zumindest einer der Widerstände deaktivierbar und/oder
anpassbar sein, insbesondere derart, dass nach einem Überdrücken
desselben und einem Schließen der Kupplungseinrichtung 3 keine
Motorbremswirkung eintritt. Dies bedeutet, dass nach dem Überdrucken
des Widerstandes ein positives Drehmoment von der Antriebseinrichtung 2 auf
das Getriebe 4 übertragen wird, so dass die Antriebseinrichtung 2 eine
antreibende und nicht eine bremsende Wirkung auf das Kraftfahrzeug
ausübt. Generell kann dabei der Widerstand als haptisch
wahrnehmbar, beispielsweise mechanisch ausgestalteter Widerstand
ausgebildet sein.
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Um
von dem Betriebszustand „antriebskraftloser Freilauf" in
den Fahrbetriebszustand „Motorbremsbetrieb" zu wechseln,
kann neben einem Loslassen bzw. Nichtbetätigen des Fahrpedales 5 auch ein
Betätigen eines Bremspedals 9 erfolgen, wobei die
Steuerungseinrichtung 8 derart ausgebildet ist, dass sie
die Betätigung des Bremspedales 9 dem Fahrbetriebszustand „Motorbremsbetrieb"
gleichsetzt, das heißt die Kupplungseinrichtung 3 schließt und
die Bremswirkung der Antriebseinrichtung 2 auf den Antriebsstrang überträgt.
Die Betätigung des Bremspedales 9 kann dabei von
einer gesonderten Sensoreinrichtung 7' erfasst werden.
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Bei
der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1 ist
es generell möglich, im Fahrbetriebszustand „antriebskraftloser
Freilauf" die Antriebseinrichtung 2 komplett stillzulegen,
sofern dessen Betrieb nicht zur Erzeugung von Energie für
weitere Aggregate, beispielsweise elektrische Verbraucher oder Servomotoren,
erforderlich ist. Generell kann mit dem erfindungsgemäßen
Kraftfahrzeug eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauches, insbesondere
im sogenannten „Schubbetrieb” erreicht werden
sowie eine deutliche Reduzierung der CO2-Emissionen, was
insbesondere in heutiger Zeit einen wertvollen Imagevorteil darstellt.
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Das
Getriebe kann auch als ein Automatikgetriebe mit gekoppelten Planetensätzen,
ein Doppelkupplungsgetriebe (DKG) oder ein kontinuierlich verstellbares
Getriebe (CVT) ausgeführt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19507622
A1 [0003]
- - DE 4334210 A1 [0004]