DE10226055A1 - Kraftfahrzeug mit beschleunigter Drehzahlanpassung - Google Patents

Kraftfahrzeug mit beschleunigter Drehzahlanpassung

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Abstract

Ein Kraftfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor (1), eine an den Verbrennungsmotor (1) gekoppelte Anlasser-/Generatoreinheit (4), eine an die Anlasser-/Generatoreinheit (4) anschaltbare elektrische Quelle (5) bzw. elektrische Last (5, 10), eine Steuereinheit (6) zum Anschalten und Trennen der Quelle (5) bzw. der Last (5, 10) von der Generatoreinheit (4) und ein Schaltgetriebe (3) zum Übertragen von Antriebsleistung des Verbrennungsmotors (1) auf ein Fahrwerk (16, 17) auf. Die Steuereinheit (6) ist an Mittel (19) zum Erfassen eines Herauf- bzw. Herunterschaltens des Schaltgetriebes (3) angeschlossen und ist eingerichtet, die elektrische Last (5, 10) bei Erfassung eines Heraufschaltens bzw. die elektrische Quelle (5) bei Erfassung eines Herunterschaltens an die Anlasser-/Generatoreinheit (4) anzuschalten.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Motor und einem Schaltgetriebe zum Übertragen von Antriebsleistung des Motors auf ein Fahrwerk.
  • Wenn in einem solchen Fahrzeug das Schaltgetriebe von einem Gang in einen anderen umgeschaltet wird, so muss zunächst eine Kupplung geöffnet werden, um die Drehmomentübertragung vom Motor auf das Fahrwerk zu unterbrechen. Ein anschließender Gangwechsel führt dazu, dass die Drehzahlen der zwei Kupplungshälften nicht mehr übereinstimmen. Um für das Getriebe und den Motor schädliche Belastungsspitzen zu vermeiden, müssen vor dem erneuten Schließen der Kupplung diese Drehzahlen aneinander angepasst werden, d. h., die Motordrehzahl muss je nach Richtung des Schaltvorganges erhöht oder verringert werden. Diese Drehzahlanpassung erfordert eine gewisse Zeit, die von vielen Benutzern als zu lang empfunden wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist, ein Kraftfahrzeug anzugeben, bei dem auf einfache und preiswerte Weise eine beschleunigte Drehzahlanpassung erreicht wird.
  • Herkömmlicherweise umfasst ein Kraftfahrzeug einen Motor, eine an den Motor gekoppelte Generator- und/oder -anlassereinheit, eine an die Generatoreinheit bzw. Anlassereinheit anschaltbare elektrische Last bzw. elektrische Quelle, eine Steuereinheit zum Anschalten und Trennen der Last bzw. der Quelle von der Generator- bzw. Anlassereinheit sowie ein Schaltgetriebe zum Übertragen von Antriebsleistung des Motors auf ein Fahrwerk.
  • Bei einem solchen Fahrzeug wird die Aufgabe erfindungsgemäß zum Einen dadurch gelöst, dass die Steuereinheit an ein Mittel zum Erfassen eines Heraufschaltens des Schaltgetriebes angeschlossen ist und eingerichtet ist, die elektrische Last bei Erfassung eines Heraufschaltens an die Generatoreinheit anzuschalten, und zum Anderen dadurch, dass die Steuereinheit an ein Mittel zum Erfassen des Herabschaltens des Schaltgetriebes angeschlossen ist und eingerichtet ist, die elektrische Quelle bei Erfassung eines Herabschaltens an die Generatoreinheit anzuschalten.
  • So wird beim Heraufschalten des Schaltgetriebes durch Anschalten der elektrischen Last an die Generatoreinheit dem Motor vermehrt Bewegungsenergie entzogen, die zu einer beschleunigten Reduktion von dessen Drehzahl auf den zum Schließen der Kupplung benötigten Wert führt.
  • Umgekehrt kann bei Erfassung eines Herabschaltens dem Motor durch Betreiben der Anlassereinheit mit Hilfe der elektrischen Quelle vermehrt kinetische Energie zugeführt werden, die eine beschleunigte Erhöhung der Motordrehzahl auf den benötigten Wert ermöglicht.
  • Die Anlasser- und Generatoreinheiten können zweckmäßigerweise in einer einzigen Einheit mit einer einzigen elektrischen Maschine kombiniert sein, die mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen an den Motor koppelbar ist, um wahlweise als Anlasser- oder als Generatoreinheit zu wirken.
  • Die elektrische Quelle ist vorzugsweise ein Akkumulator des Kraftfahrzeugs; ein solcher Akkumulator kann im Ladebetrieb auch als elektrische Last im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden.
  • Um eine schnellere Drehzahlreduzierung zu erreichen, ist eine hohe Verlustleistung der elektrischen Last erforderlich; um eine höhere Leistung zu dissipieren, als dies durch Laden des Akkumulators möglich ist, ist es zweckmäßig, einen ohmschen Widerstand von geeignetem Wert als elektrische Last vorzusehen.
  • Um eine hohe Verlustleistung ohne Beschädigung dieses Widerstandes dissipieren zu können, ist es zweckmäßig, dass dieser an ein Kühlsystem, vorzugsweise des Motors, thermisch gekoppelt ist. Zu diesem Zweck kann der Widerstand insbesondere in ein Kühlfluid des Kühlsystems, insbesondere in das Ölbad des Motors, eingetaucht sein. Denkbar ist auch, den Widerstand in ein Kühlwasserreservoir des Motors eintauchend anzubringen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische Figur.
  • Die einzige Figur zeigt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
  • Ein Verbrennungsmotor 1 ist über eine Welle 2 einerseits an ein Schaltgetriebe 3, andererseits an eine Anlasser-Generatoreinheit 4 gekoppelt. Das Schaltgetriebe 3 umfasst eine Kupplung 15 zum zeitweiligen Unterbrechen der Drehmomentübertragung.
  • Die Anlasser-Generatoreinheit 4 umfasst in an sich bekannter und daher in der Figur nicht weiter im Detail dargestellter Weise eine einzige elektrische Maschine, die mit der Welle 2 über ein Getriebe verbunden ist, das je nach Betriebsmodus der Einheit 4, als Anlasser oder als Generator, zwischen zwei Schaltzuständen umschaltbar ist. Das Getriebe kann direkt an die Welle 2 angefügt oder mit dieser z. B. über eine Riemenübertragung gekoppelt sein. Ein erstes, niedriges Übersetzungsverhältnis dient im Anlasserbetrieb dazu, eine Umdrehung der elektrischen Maschine in eine relativ langsame Umdrehung der Welle 2 mit hohem Drehmoment zum Ingangsetzen des Verbrennungsmotors 1 umzusetzen; wenn der Verbrennungsmotor 1 gestartet ist, ist es mit Hilfe eines höheren Übersetzungsverhältnisses des Getriebes möglich, einen geringen Anteil der Leistung des Verbrennungsmotors 1 abzuzweigen, um damit die elektrische Maschine als Generator anzutreiben.
  • Ein Akkumulator 5 versorgt die Anlasser-Generatoreinheit 4 bei Anlasserbetrieb mit elektrischer Energie und wird im Generatorbetrieb von dieser mit elektrischer Energie gespeist.
  • Ein von einer Steuerschaltung 6 kontrolliertes erstes Relais 7 ist zwischen Anschlussklemmen 8, 9 der Anlasser-Generatoreinheit 4 mit dem Akkumulator 5 in Reihe geschaltet.
  • Parallel zum Akkumulator 5 und dem ersten Relais 7 ist eine Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand 10 und einem zweiten Relais 11 an die Anschlussklemmen 8, 9 angeschlossen. Die Schaltstellung des zweiten Relais 11 ist wie die des ersten 7 durch die Steuerschaltung 6 gesteuert.
  • Die Steuerschaltung 6 hat eine Mehrzahl von Signaleingängen 12 zum Empfangen eines Ist-Drehzahlsignals, eines Soll-Drehzahlsignals und eines Schaltbefehls. Das Ist-Drehzahlsignal wird z. B. von einem direkt an der Welle 2 angeordneten Drehgeber 13 geliefert, während das Soll-Drehzahlsignal von einem entsprechenden Drehgeber 14 herrührt, der an der abtriebsseitigen Hälfte einer Kupplung 15 des Schaltgetriebes 3 angeordnet ist. Das Schaltbefehlsignal kann z. B. von einem (nicht dargestellten) Sensor geliefert sein, der an einem Gangschalthebel des Fahrzeugs angeordnet ist, um eine vom Benutzer daran vorgenommene Schaltbewegung zu erfassen; bei einem Fahrzeug mit elektronischer halbautomatischer Gangschaltung kann anstelle eines solchen Schalthebels auch ein einfacher elektrischer Schalter vorgesehen sein, der von einem Benutzer vorübergehend in eine von zwei Schaltstellungen jeweils entsprechend einem gewünschten Herauf- oder Herunterschalten bringbar ist und ein Schaltbefehlssignal liefert, das die Richtung des gewünschten Schaltvorgangs (zu höherer oder niedrigerer Übersetzung) anzeigt. Ein an einem solchen Schalter eingegebener Schaltbefehl wird gleichzeitig dem Schaltbefehleingang der Steuerschaltung 6 und einer (nicht dargestellten) Steuerelektronik des Schaltgetriebes 3 zugeführt, die daraufhin die Kupplung 15 betätigt und die gewünschte Schaltstellung des Getriebes 3 herstellt. Allgemein ist jedoch für die Steuerschaltung 6 ein Schaltbefehlssignal ausreichend, das lediglich anzeigt, dass ein Schaltvorgang eingeleitet wird, ohne dessen Richtung zu spezifizieren, da die Steuerschaltung 6 anhand des Ist- und Soll-Drehzahlsignals ohne weiteres in der Lage ist, die Richtung einer nötigen Drehzahlanpassung des Verbrennungsmotors 1 zu erkennen.
  • Wenn die an der Steuerschaltung 6 anliegenden Eingangssignale anzeigen, dass das Schaltgetriebe 3 um einen Gang heruntergeschaltet wird, muss die Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 erhöht werden, um die Kupplung 15 schließen zu können. Zu diesem Zweck schließt die Steuerschaltung 6 das normalerweise offene erste Relais 7, wodurch die elektrische Maschine der Anlasser-Generatoreinheit 4 mit Antriebsenergie vom Akkumulator 5 versorgt wird. Das Getriebe der Anlasser-Generatoreinheit 4 befindet sich in dem hohen Übersetzungsverhältnis, und die Drehung der elektrischen Maschine bewirkt eine Beschleunigung der Drehzahl des Verbrennungsmotors 1. Die dadurch erreichte beschleunigte Drehzahlanpassung ermöglicht eine schnelles Schließen der Kupplung 15, so dass die Drehmomentübertragung vom Verbrennungsmotor 1 auf das Fahrwerk, in der Figur schematisch dargestellt durch Räder 16 und eine angetriebene Achse 17, nur für kurze Zeit unterbrochen werden muss. Wenn die Drehzahlanpassung erreicht ist und die Kupplung 15 schließt, öffnet das erste Relais 7 wieder.
  • Entsprechend schließt die Steuerschaltung 6, wenn ein Heraufschalten des Schaltgetriebes 3 erfasst wird, zeitweilig das zweite Relais 11, wodurch der ohmsche Widerstand 10 als Last an die Anlasser-Generatoreinheit 4 angeschaltet wird. Die elektrische Maschine arbeitet nun als Generator. Der Widerstandswert des ohmschen Widerstandes 10 ist kleiner als der innere Widerstand des Akkumulators 5, so dass die Leistungsaufnahme des Widerstandes 10 höher ist, als wenn lediglich der Akkumulator 5 als Last an die Anlasser-Generatoreinheit 4 angeschaltet würde. Die Welle 2 wird auf diese Weise zügig auf die Soll-Drehzahl abgebremst, so dass die Kupplung 15 wieder geschlossen werden kann. Auch das zweite Relais 11 wird sofort wieder geöffnet, wenn die Drehzahlanpassung erreicht ist.
  • Die Betriebsphasen des Widerstandes 10 sind zwar nur Sekunden oder Sekundenbruchteile kurz, die in diesen Betriebsphasen als Wärme freigesetzte Leistung kann jedoch erheblich sein. Um eine Beschädigung des Widerstandes 10 durch die freigesetzte Wärme zu verhindern, ist der Widerstand 10 direkt im Ölkreislauf 18 des Verbrennungsmotors 1 angeordnet und dadurch wirksam gekühlt. Alternativ wäre zu dem gleichen Zweck auch eine Anbringung des Widerstandes in engem thermischen Kontakt mit dem Kühlwasser des Motors möglich. Bezugszeichenliste 1 Verbrennungsmotor
    2 Welle
    3 Schaltgetriebe
    4 Anlasser-Generatoreinheit
    5 Akkumulator
    6 Steuerschaltung
    7 1. Relais
    8 Anschlussklemme
    9 Anschlussklemme
    10 ohmscher Widerstand
    11 2. Relais
    12 Signaleingang
    13 Drehgeber
    14 Drehgeber
    15 Kupplung
    16 Rad
    17 angetriebene Achse
    18 Ölkreislauf
    19 Schalter

Claims (11)

1. Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (1), einer an den Verbrennungsmotor (1) gekoppelten Generatoreinheit (4), einer an die Generatoreinheit (4) anschaltbaren elektrischen Last (5, 10), einer Steuereinheit (6) zum Anschalten und Trennen der Last (5, 10) von der Generatoreinheit (4) und einem Schaltgetriebe (3) zum Übertragen von Antriebsleistung des Verbrennungsmotors (1) auf ein Fahrwerk (16, 17), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) an Mittel (19) zum Erfassen eines Heraufschaltens des Schaltgetriebes (3) angeschlossen ist und eingerichtet ist, die elektrische Last (5, 10) bei Erfassung eines Heraufschaltens an die Generatoreinheit (4) anzuschalten.
2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Last ein Akkumulator (5) des Kraftfahrzeugs ist.
3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Last ein ohmscher Widerstand (10) ist.
4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ohmsche Widerstand (10) an ein Kühlsystem (18) des Verbrennungsmotors (1) thermisch gekoppelt ist.
5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ohmsche Widerstand (10) in ein Kühlfluid des Kühlsystems eingetaucht ist.
6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid Motoröl ist.
7. Kraftfahrzeug, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Verbrennungsmotor (1), einer an den Verbrennungsmotor (1) gekoppelten Anlassereinheit (4), einer an die Anlassereinheit (4) anschaltbaren elektrischen Quelle (5), einer Steuereinheit (6) zum Anschalten und Trennen der Quelle (5) von der Anlassereinheit (4) und einem Schaltgetriebe (3) zum Übertragen von Antriebsleistung des Verbrennungsmotors (1) auf ein Fahrwerk (16, 17), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) an Mittel (19) zum Erfassen eines Herunterschaltens des Schaltgetriebes (3) angeschlossen ist und eingerichtet ist, die elektrische Quelle (5) bei Erfassung eines Herunterschaltens an die Anlassereinheit (4) anzuschalten.
8. Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Quelle ein Akkumulator (5) des Kraftfahrzeugs ist.
9. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine elektrische Maschine umfasst, die mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen an den Motor koppelbar ist, um wahlweise als Anlasser- oder als Generatoreinheit (4) zu wirken.
10. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erfassen eines Herauf- oder Herunterschaltens des Getriebes (3) an ein benutzerbetätigbares Gangwählelement angeschlossen sind.
11. Kraftfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gangwählelement ein elektrischer Schalter (19) ist.
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DE19914428C1 (de) * 1999-03-30 2000-11-30 Mannesmann Sachs Ag Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug
DE19948992A1 (de) * 1999-10-12 2001-04-19 Wabco Gmbh & Co Ohg Verfahren zur Steuerung eiens Getriebes

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