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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrifizierten Parkieren eines Personenkraftwagens (PKW) mittels einer bestimmten Antriebsstrangarchitektur. Eine solche Antriebsstrangarchitektur ist aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der
DE 195 32 128 A1 .
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Die Erfindung wird in Zusammenhang mit einem System zum autonomen oder teilautonomen Einparken mit einem PKW beschrieben. Solche Systeme werden im Stand der Technik mittels eines Antriebsstrangs mit Automatikgetriebe verwirklicht. Beim Einparkieren ist in der Regel ein reversieren des Fahrzeugs notwendig, dies ist nur dann möglich, wenn das Getriebe automatisch oder automatisiert in den Rückwärtsgang geschalten werden kann, da der Verbrennungsmotor zur Leistungsabgabe nur in eine Drehrichtung betrieben werden kann, dieser ist also drehrichtungsgebunden. Damit ist die beschriebene Funktion des automatisierten Einparkens an das strukturelle Merkmal „Automatikgetriebe“ geknüpft, obwohl diese beiden Dinge an sich fernliegend zu einander sind.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs mit einem manuell schaltbaren Getriebe in einem PKW anzugeben, mit dem ein autonomes oder teilautonomes Einparken des PKWs ermöglicht ist. Diese Aufgabe wird durch die Verwendung einer bekannten Antriebsarchitektur mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung sieht vor, einen PKW-Antriebsstrang mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer elektrischen Antriebsmaschine zum autonomen oder teilautonomen Einparken eines Personenkraftwagens, in welchem dieser Antriebsstrang zum Überwinden von Fahrwiderständen eingesetzt wird, zu Verwenden.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer Verbrennungskraftmaschine eine thermische Kraftmaschine mit innerer Verbrennung zu verstehen, vorzugsweise eine Verbrennungskraftmaschine in Hubkolbenbauweise, die bevorzugt nach dem Dieselprinzip oder dem Ottoprinzip betreibbar ist. Eine derartige Verbrennungskraftmaschine ist insbesondere aufgrund ihres strukturellen Aufbaus nur in der Lage, eine zum Überwinden von Fahrwiderständen mittels einer Antriebswelle abgebbare Antriebsleistung in einer bestimmten Drehrichtung der Antriebswelle abzugeben. Die Abgabe der Antriebsleistung erfolgt also drehrichtungsgebunden, zum Darstellen unterschiedlicher Fahrtrichtungen (vorwärts/rückwärts) des PKWs ist insbesondere ein schaltbares Getriebe vorgesehen, welches neben unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen für unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche in einer Hauptfahrtrichtung (Vorwärtsfahrt) auch ein Übersetzungsverhältnis mit Drehrichtungsumkehr (Rückwärtsfahrt) vorsieht. Unter der Antriebswelle der Verbrennungskraftmaschine ist insbesondere eine Kurbelwelle zu verstehen.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem manuell schaltbaren Getriebe ein Geschwindigkeitswechselgetriebe zu verstehen, bei welchem Schaltbefehle, also Befehle zum Verändern eines Übersetzungsverhältnisses in diskreten Stufen, durch einen Fahrer des PKWs an einem Gangwählhebel vorgebbar sind und, wobei dieser Gangwählhebel mittels einer mechanischen Verbindungseinrichtung mit dem schaltbare Getriebe zum Übertragen der Schaltbefehle zur Kraftübertragung verbunden ist. Anders gewendet, die Schaltkraft wird mechanisch vom Gangwählhebel auf das manuell schaltbare Getriebe übertragbar. Ein solches manuell schaltbares Getriebe ist insbesondere von einem automatisiert schaltenden Getriebe oder einem Automatikgetriebe zu unterscheiden, welche zumindest einen oder mehrere motorische Schaltaktuatoren aufweisen, welche dazu vorgesehen sind eine Schaltkraft auf das automatisiert schaltende Getriebe oder auf das Automatikgetriebe zum Wechseln des Übersetzungsverhältnisses auszuüben. Dabei kann diese Schaltkraft des motorischen Schaltkraftaktuators durch eine Getriebesteuerung initiiert sein oder vom Fahrer des PKWs.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer motorisch aktuierbaren Kupplung eine Drehmomentübertragungseinrichtung zu verstehen, welche zum selektiven Verbinden der Antriebswelle der Verbrennungskraftmaschine mit dem schaltbaren Getriebe zum Übertragen der Antriebsleistung eingerichtet ist. Die motorisch aktuierbare Kupplung ist insbesondere mittels eines motorischen Kupplungsaktuators von einem geschlossenen in einen geöffneten Zustand überführbar oder umgekehrt, wobei insbesondere in dem geöffneten Zustand der Kupplung keine Antriebsleistung von der Verbrennungskraftmaschine auf das manuell schaltbare Getriebe übertragbar ist.
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Im Sinne der Erfindung ist unter der elektrischen Antriebsmaschine ein elektromechanischer Energiewandler zu verstehen, der dazu eingerichtet ist, wenigstens während eines Fahrens des PKWs in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich, Antriebsleistung an diesen Antriebsstrang zum Überwinden von Fahrwiderständen abzugeben. Vorzugsweise ist unter dem elektromechanischen Energiewandler ein Elektromotor mit einer Nennspannung von vorzugsweise 12V oder mehr, bevorzugt von 24V oder mehr, besonders bevorzugt von 36V oder mehr und ganz besonders bevorzugt von 48V oder mehr zu verstehen. Vorzugsweise ist die elektrische Antriebsmaschine zum Übertragen der Antriebsleistung mit dem Antriebsstrang verbindbar, vorzugsweise formschlüssig verbindbar. Vorzugsweise ist die elektrische Antriebsmaschine mittels einer Welle-Nabeverbindung, bevorzugt mittels eines Zugmittelgetriebes (vorzugsweise reibschlüssig, bevorzugt formschlüssiges Zugmittelgetriebe) und besonders bevorzugt mittels eines Zahnradgetriebes mit dem Antriebsstrang verbindbar.
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Im Sinn der Erfindung ist unter einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich ein Fahrgeschwindigkeit des PKW von 30 Km/h oder weniger, bevorzugt von 20 Km/h oder weniger und besonders bevorzugt von 10 Km/h oder weniger und ganz bevorzugt von 8 Km/h oder weniger zu verstehen. Insbesondere in eine solchen niedrigen Geschwindigkeitsbereich werden Fahrmanöver wie ein Ein- oder Ausparken des PKWs ausgeführt, wobei insbesondere für diese Fahrmanöver eine Änderung der Fahrtrichtung zwischen Vorwärts und Rückwärts Fahrtrichtung oder umgekehrt, beziehungsweise ein mehrfaches Wechseln zwischen diesen Fahrtrichtungen notwendig ist. Derartige Fahrmanöver können teilautonom erfolgen, d.h. wenigstens ein Steuerbefehl während des Fahrmanövers ist durch den Fahrer des PKWs vorgegeben oder diese können autonom erfolgen, d.h. ein Fahrer des PKWs greift nicht steuernd in das Fahrmanöver ein.
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Insbesondere beim Fahren in einer Rückwärtsfahrtrichtung, also in einer Fahrtrichtung entgegen einer Hauptfahrtrichtung (vorwärts) des PKWs und während der PKW sich in dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich bewegt, ist die Antriebsleistung für dieses Fahrmanöver von der elektrischen Antriebsmaschine bereitstellbar. Vorzugsweise wird die Antriebsleistung von der elektrischen Antriebsmaschine bereitgestellt, wenn durch einen Fahrzeugbenutzer ein entsprechender Fahrmodus angewählt ist. Ein solcher Fahrmodus ist vorzugsweise das autonome oder teilautonome Ein- oder Ausparken des PKWs. Stellt die elektrische Antriebsmaschine, wie dargelegt, die Antriebsleistung bereit, so wird die Verbrennungskraftmaschine in dieser Rückwärtsfahrbewegung von der elektrischen Antriebsmaschine mit angetrieben. Bei der geschilderten Art der Rückwärtsfahrbewegung wird die Verbrennungskraftmaschine, beziehungsweise deren Antriebswelle, in einer Rückwärtsdrehrichtung bewegt, also entgegen der Drehrichtung, welche die Antriebswelle aufweist, wenn die Verbrennungskraftmaschine im planmäßigem Betrieb eine Antriebsleistung zum Überwinden von Fahrwiderständen für die Vorwärtsfahrt abgibt.
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In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist der Antriebsstrang in Bezug auf eine Übertragung der Antriebsleistung von der Verbrennungskraftmaschine zu einem antreibbaren Antriebsrad derart aufgebaut, dass die elektrische Antriebsmaschine zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem manuell schaltbaren Getriebe angeordnet ist.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem antreibbaren Antriebsrad ein Antriebsrad zu verstehen, welches zum Übertragen von Antriebsleistung zum Überwinden der Fahrwiderstände auf eine Fahrbahnoberfläche eingerichtet ist. Vorzugsweise weist der Antriebsstrang mehrere antreibbare Antriebsräder auf.
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In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist, in Bezug auf eine Übertragung der Antriebsleistung von der Verbrennungskraftmaschine auf das antreibbare Antriebsrad, zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der motorisch aktuierbaren Kupplung, eine Drehschwingungsreduzierungseinrichtung angeordnet.
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Im Sinne der Erfindung ist unter der Drehschwingungsreduzierungseinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, die derart ausgebildet ist, dass diese Drehschwingungen, welche der Antriebsleistung von der Verbrennungskraftmaschine aufgeprägte sind, reduziert. Derartige Drehschwingungsreduzierungseinrichtung sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden häufig als Schwingungstilger oder Schwingungsdämpfer oder eine Kombination aus beiden Arten ausgeführt. Eine häufige Bauart einer solchen Drehschwingungsreduzierungseinrichtung ist ein Ein-, Zwei- oder Mehrmassenschwungrad. Weiter vorzugsweise weist eine Drehschwingungsreduzierungseinrichtung ein Fliehkraftpendel, insbesondere zu Anpassung an dieser an die Drehzahl auf oder bevorzugt eine aktive Drehschwingungsreduzierungseinrichtung, vorzugsweise eine elektrisch oder hydraulisch aktive Drehschwingungsreduzierungseinrichtung.
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In einer bevorzugt Ausführungsform ist die elektrische Antriebsmaschine mittels einer Antriebsmaschinenkupplung mit dem Antriebsstrang selektiv zur Übertragung einer Antriebsleistung von der elektrischen Antriebsmaschine auf diesen verbindbar. Vorzugsweise ist die Antriebsmaschinenkupplung als eine form- oder reibschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung ausgebildet. Mit einer Antriebsmaschinenkupplung ist es ermöglicht, die elektrische Antriebsmaschine vom Antriebsstrang mechanisch abzukoppeln, so dass in dieser geringe oder keine Schleppverluste anfallen, weiter ist es damit insbesondere auch ermöglicht, die elektrische Antriebsmaschine vor zu hohen Drehzahlen im Schleppbetrieb zu schützen.
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Nachfolgend ist eine Ausführungsform der Erfindung in teilweise schematisierter Form dargestellt, dabei zeigt
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1: einen Antriebsstrang zur Verwendung beim elektrischen Rückwärtsfahren.
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Die Erfindung ist in 1 in Zusammenhang mit einem Frontquereinbau dargestellt, der Einbau kann analog auch für einen Inline- oder Transaxle- Verbau ausgeführt werden. Der dargestellte Antriebsstrang ist dazu eingerichtet, eine von der elektrischen Antriebsmaschine 2 oder 7 und/oder von der Verbrennungskraftmaschine 1 bereitgestellte Antriebsleistung mit dem Antriebsrad 10 auf eine Fahrbahnoberfläche zu übertragen. An der Gelenkwelle 9 ist ein weiteres Antriebsrad (nicht dargestellt) angeordnet, diese Antriebsräder werden mittels des Achsgetriebes 8 mit Antriebsleistung vom Antriebsstrang versorgt.
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Für die Verwendung des Antriebsstrangs zum Rückwärtsfahren in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich sollte dieser einige Eigenschaften aufweisen. Der in 1 dargestellt Antriebsstrang weist für das Bereitstellen der elektrischen Rückwärtsfahrfunktion in dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich folgende Merkmale auf:
- – Handschaltgetriebe 5, also ein manuell schaltbares Getriebe;
- – e-Clutch 4, also eine motorisch aktuierbare Kupplung, welche parallel oder ausschließlich durch ein Fahrzeugsteuergerät aktivierbar ist,
- – Drehschwingungsreduzierungseinrichtung 3 (je nach Eigenschaft des Antriebsstrangs ist diese frei positionierbar),
- – Elektrische Antriebsmaschine 2 oder 7 mit 48 V Nennspannung.
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Ein PKW in dem der in 1 dargestellte Antriebsstrang eingesetzt ist, kann in seiner Hauptfahrtrichtung 11 (Vorwärts) oder entgegen dieser in Rückwärtsfahrtrichtung 12 bewegt werden. Zum autonomen oder teilautonomen Einparken ist es wünschenswert wenigstens die Rückwärtsfahrtrichtung 12 oder beide Fahrtrichtungen 11, 12 mittels der elektrischen Antriebsmaschine 2 oder 7 darzustellen.
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Für die Positionierung der elektrischen Antriebsmaschine 2, 7 sind in 1 unterschiedliche, also als optional zu verstehende, Positionen und Varianten gezeigt.
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In einer P0 Variante ist die elektrische Antriebsmaschine 2 formschlüssig an die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 1 angebunden und weist somit eine koaxial Ausrichtung zu dieser auf. In der dargestellten P0 Variante ist die elektrische Antriebsmaschine 2 als ein sogenannter Kurbelwellen- Starter/Generator ausgebildet.
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In einer P1 Variante ist die elektrische Antriebsmaschine 7 ebenfalls formschlüssig an die Kurbelwelle angebunden, diese ist aber achsparallel und radial beabstandet zur Kurbelwelle ausgerichtet. In der dargestellten P1 Variante ist die elektrische Antriebsmaschine 7 mittels eines sogenannten Quertriebsmoduls 6 mit der Kurbelwelle verbunden, wobei für die Übertragung der Antriebsleistung von der elektrischen Antriebsmaschine auf die Verbrennungskraftmaschine ein Zugmittelgetriebe vorgesehen ist.
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In einer P2 Variante ist die eine elektrische Antriebsmaschine 2 oder 7 mittels einer Antriebsmaschinenkupplung mit der Verbrennungskraftmaschine 1 selektiv verbindbar, die P2 Variante unterscheidet sich geometrisch nicht notwendigerweise von der P0 und der P1 Variante, da die elektrische Antriebsmaschine 2 oder 7 in der P2 Variante mit einer Antriebsmaschinenkupplung mit dem Quertriebsmodul verbindbar sein kann oder mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 1, die Variante P2 ist daher nicht gesondert in 1 dargestellt.
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Allen dargestellten Varianten ist es gemeinsam, für den Fall in dem die elektrische Antriebsmaschine 2 oder 7 Antriebsleistung auf die Verbrennungskraftmaschine 1 überträgt und die Verbrennungskraftmaschine 1 in dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich dazu befähigt ist, ohne Befeuerung rückwärts zu drehen, dass dann der gesamte Antriebsstrang rückwärtsdrehend über die elektrische Antriebsmaschine 2 oder 7 betrieben werden kann. Vorzugsweise geschieht diese Übertragung der Antriebsleistung formschlüssig. Durch diese Befähigung zum Rückwärtsdrehen des Antriebsstrangs über die elektrischen Antriebsmaschine 2 oder 7, kann der PKW, ohne dass dazu das Einlegen des Rückwärtsgangs im manuell schaltbaren Getriebe 5 notwendig ist, rückwärts bewegt werden. Ein mechanisches Reversieren durch Änderung eines Ganges im manuell schaltbaren Getriebe 5 ist damit nicht mehr notwendig.
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Untersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere um Fahrfunktionen in dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich mittels der elektrischen Antriebsmaschine 2 oder 7 darstellen zu können, die formschlüssige Verbindung der elektrischen Antriebsmaschine 2 oder 7 mit dem Antriebsstrang zu bevorzugen ist.
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Die Anbindung der elektrischen Antriebsmaschine 2 oder 7 kann über die P0 Variante (motorfront), P1 Variante (direkt auf die Kurbelwelle zwischen Getriebe 5 und Verbrennungskraftmaschine 1) sowie über die P2 Variante (Trennkupplung zwischen elektrischer Antriebsmaschine 2 oder 7 und Verbrennungskraftmaschine 1) erfolgen.
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Durch Verwendung der motorisch aktuierbaren Kupplung 4, bezogen auf die Drehmomentübertragung, zwischen der Verbrennungskraftmaschine 1 und dem manuell schaltbaren Getriebe 5 ist zusätzlich ein autonomes verbrennungsmotorisches Kriechen, also ein Fahren in Vorwärtsrichtung 11 in dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich ermöglicht, wobei hierfür die Antriebsleistung von der Verbrennungskraftmaschine 1 bereitgestellt wird. Dieses Kriechen mittels der Verbrennungskraftmaschine 1 ist insbesondere in Fällen, in welchen ein elektrisches Bordnetz des PKWs augenblicklich nicht genügend Energie besitzt, um die elektrische Antriebsmaschine 2 oder 7 zum Antreiben des PKWs heranzuziehen, sinnvoll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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