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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Um die von äußeren Krafteinflüssen unabhängige Mobilität von Fahrzeugen zu gewährleisten, weisen diese eine Antriebsanordnung mit einer geeigneten Motorisierung auf. Hierfür werden Kraftmaschinen verwendet, welche vorwiegend in den Fahrzeugen integriert sind oder auch an diesen angeordnet sein können. Als Kraftmaschinen werden zumeist Verbrennungsmotoren eingesetzt, welche allerdings vermehrt durch Elektromotoren ergänzt oder gar ersetzt werden.
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Reine Elektrofahrzeuge weisen derzeit noch den Nachteil einer nur geringen Reichweite auf. Zudem steht mit den bisweilen zur Verfügung stehenden Energiespeichern in Form von Batterien eine kostenintensive Technologie zur Verfügung, welche eine günstige Serienproduktion erschwert. Die schon heute in Serie produzierten Hybrid-Fahrzeuge tragen zwar bereits zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs bei, weisen allerdings einen demgegenüber hohen Anschaffungspreis auf.
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Maßnahmen zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs bei konventionellen Fahrzeugen sehen die gezielte Abschaltung des Verbrennungsmotors vor. So werden diese insbesondere in Standphasen über eine Start-Stopp-Automatik abgeschaltet, sofern kein Drehmoment angefordert wird. Bei Fahrzeugen mit Schaltgetriebe wird dann beispielsweise durch die Betätigung des Kupplungspedals ein Start-Signal ausgelöst, welches ein erneutes Starten des Verbrennungsmotors bewirkt. Beim Einsatz von Automatikgetrieben wird dieses Start-Signal beispielsweise durch das Anheben des Bremspedals oder dem Lösen einer alternativen Bremsbetätigung erzeugt.
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Um eine möglichst kostengünstige Elektro-Unterstützung zu ermöglichen, sind auch Systeme bekannt, welche einen Verbrennungsmotor mit einem verhältnismäßig kleinen Elektromotor kombinieren. Im elektrischen Fahrbetrieb treibt der als Elektromotor arbeitende Startergenerator dann wenigstens eine Antriebsachse des Fahrzeugs an, während sich der Verbrennungsmotor im Stillstand befindet. Als Startergenerator ausgebildet können besagte Elektromotoren auch die erforderlichen Funktionen eines Starters und einer Lichtmaschine bzw. eines Rekuperators in sich vereinen. Auf diese Weise dient der Startergenerator zunächst dem Andrehen und somit dem Starten des Verbrennungsmotors. Anschließend erfolgt die Stromerzeugung über den Startergenerator, wobei er das hierfür notwendige Drehmoment über den dann laufenden Verbrennungsmotor erhält. Auf diese Weise kann die für den Startvorgang verbrauchte elektrische Energie der Batterie anschließend wieder zugeführt werden.
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Aus der
EP 1 932 704 B1 geht ein Verfahren zum effizienten Betrieb eines Hybrid-Fahrzeugs hervor. Das Hybrid-Fahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor und zwei Startergeneratoren. Die Startergeneratoren dienen entweder als Elektromotoren oder als Rekuperatoren, wobei sie elektrischen Strom entweder verbrauchen oder erzeugen. Je nach Lastzustand erfolgt der Antrieb von Rädern des Hybrid-Fahrzeugs entweder über einen oder über beide Startergeneratoren oder in einer jeweiligen Kombination mit dem Verbrennungsmotor. Um den Reibungsverlust während einer rein elektrischen Betriebsphase bei niedrigen Geschwindigkeiten zu reduzieren, wird das temporäre Abkoppeln des dabei inaktiven Verbrennungsmotors vorgeschlagen. Auf diese Weise muss der Verbrennungsmotor nicht mitgeschleppt werden. Hierfür ist wenigstens einer der Startergeneratoren zwischen Kupplung und den anzutreibenden Räder angeordnet. Sofern ein niedriger Batteriestand erkannt wird, kann der Verbrennungsmotor zugeschaltet werden. Dabei dient der andere Startergenerator zunächst als Starter und anschließend als Rekuperator, um die Batterie zu laden.
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Die
US 6,040,643 A offenbart eine Motoreneinheit für ein Fahrzeug. Diese weist ein Wärmekraftmaschine und einen dazu koaxial angeordneten und relativ flachen Elektromotor auf. Der Elektromotor ist dazu ausgebildet, in Ruhe und bei niedrigen Drehzahlen ein maximales Drehmoment aufzubringen, welches über dem Widerstandsmoment der Wärmekraftmaschine in deren Ruhezustand liegt. Weiterhin ist der Elektromotor in der Lage, bis zu einem Drittel des Drehmoments der Wärmekraftmaschine zu erzeugen. Hierdurch ist der Elektromotor geeignet, die Wärmekraftmaschine auch bei niedrigen Temperaturen zu starten. Aufgrund der Auslegung des Elektromotors kann das Fahrzeug beispielsweise beim Ausfall der Wärmekraftmaschine allein durch den Elektromotor bei niedrigen Geschwindigkeiten bewegt werden. Zudem kann die Leistung des Elektromotors bei Bedarf auch zusätzlich zur Leistung der Wärmekraftmaschine bereitgestellt werden, so dass sich eine Addition der jeweiligen Drehmomente ergibt.
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Die
US 2012/0006152 A1 (=
DE 10 2010 036 321 A1 ) zeigt ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug. Als Antrieb dient zunächst eine Brennkraftmaschine, welche über ein Getriebe mit einer Antriebsachse des Kraftfahrzeugs koppelbar ist. Weiterhin sind zwei Startergeneratoren vorgesehen. Der erste der Startergeneratoren ist mit der Antriebsachse oder einer Antriebswelle des Getriebes koppelbar. Demgegenüber ist der zweite Startergenerator über einen Riemenantrieb mit der Brennkraftmaschine verbunden. Der zweite Startergenerator dient dem Starten der Brennkraftmaschine und der Gewinnung von Energie in Form von elektrischem Strom. Bei Bedarf kann durch die beiden Startergeneratoren auch ein zu dem Drehmoment der in Betrieb befindlichen Brennkraftmaschine zusätzliches Drehmoment aufgebracht werden. Zudem ist ein rein elektrischer Fahrbetrieb durch den ersten Startergenerator vorgesehen. Im elektrischen Fahrbetrieb ist die Brennkraftmaschine inaktiv und über eine Kupplung von dem restlichen Antriebsstrang entkoppelt. Bei niedrigem Batteriestand kann die entkoppelte Brennkraftmaschine auch im elektrischen Betrieb aktiviert werden, um den zweiten riemengetriebenen Startergenerator als Rekuperator anzutreiben. So dient die im elektrischen Fahrbetrieb grundsätzlich abgekoppelte Brennkraftmaschine lediglich der Aufladung der Batterie.
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Der
US 6,082,476 A ist ein selbstaufladendes Elektrofahrzeug zu entnehmen. Das Fahrzeug beinhaltet zwei Generatoreinheiten. Die erste Generatoreinheit umfasst eine aufgeladene Starterbatterie, einen ersten Elektromotor und einen mit einer ersten Radachse gekoppelten Generator. Die zweite Generatoreinheit besitzt einen zweiten Elektromotor, zwei ungeladene Batterien sowie zwei gleiche Generatoren, welche mit einer zweiten Radachse gekoppelt sind. Die Idee geht davon aus, dass das Fahrzeug zunächst mit der ersten Generatoreinheit betrieben wird. Während der Bewegung des Fahrzeugs soll der erste Generator dem Wiederaufladen der anfangs belasteten Starterbatterie dienen. Zeitgleich sollen die zwei gleichen Generatoren der zweiten Generatoreinheit das Aufladen der beiden ungeladenen Batterien bewirken. Sobald der Ladezustand der beiden Batterien der zweiten Generatoreinheit ein voreingestelltes Niveau erreicht, schaltet der Antrieb auf die zweite Generatoreinheit um. Hierbei sollen die beiden nunmehr geladenen Batterien den zweiten Elektromotor antreiben. Gleichzeitig wird der erste Elektromotor abgestellt und die Starterbatterie soll über den Generator der ersten Generatoreinheit vollständig aufgeladen werden. Die Idee geht davon aus, dass somit nur ein einziger exogener Ladevorgang der Starterbatterie erfolgen muss und das Elektrofahrzeug im Anschluss autark betrieben werden kann. Etwaige Verluste innerhalb des aufgezeigten Systems wurden hierbei nicht berücksichtigt.
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Die
US 2011/0061955 A1 beinhaltet eine Antriebsstranganordnung für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor ist über eine Kupplung mit einem automatischen Getriebe koppelbar. Hierbei ist zumindest eine Direktgangübersetzung an der angetriebenen Achse des Fahrzeugs realisierbar. Um eine Leistungsreserve bereitzustellen, wird eine weitere Leistungsquelle zum Aufbringen eines zusätzlichen Antriebsmoments vorgeschlagen. Als zusätzliche Leistungsquelle kann eine Elektromaschine dienen, welche auch zum elektrischen Fahren des Fahrzeugs genutzt werden kann.
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Die für den reinen Elektrobetrieb vorgesehenen Elektromotoren werden im Stand der Technik direkt in den Antriebsstrang integriert. Die einen elektrischen oder elektrisch unterstützten Fahrbetrieb vorsehenden Systeme unterscheiden insbesondere im Elektrobetrieb die jeweilige Kopplung der Antriebsache mit dem Elektromotor oder dem Verbrennungsmotor. Neben der hierfür erforderlichen und zumeist aufwändigen Ausgestaltung des Antriebsstrangs erfordert insbesondere der Elektrobetrieb eine entsprechende Bedienung seitens der das Fahrzeug lenkenden Person. Dies gilt vor allem für konventionelle Fahrzeuge mit Schaltgetriebe, welche im Elektrobetrieb eine Entkopplung des Verbrennungsmotors von der wenigstens einen Antriebsachse vorsehen. Durch den dann direkten Antrieb der jeweiligen Räder über einen Elektromotor ist die Handhabung insofern unterschiedlich, als dass das ansonsten gewohnte Bedienen beispielsweise über Gaspedal und Kupplung entfällt. Weiterhin lassen die derzeit eingesetzten Start-Stopp-Automatiken noch Raum für Verbesserungen, um insbesondere den Startvorgang noch besser an den tatsächlich erforderlichen Zeitpunkt zur Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors anzupassen. Ziel dabei ist die weitere Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem über einen Riemenantrieb eingebundenen Startergenerator dahingehend zu verbessern, dass diese eine wirtschaftliche Herstellung sowie einheitliche Bedienbarkeit sowohl im konventionellen als auch im rein elektrischen Fahrbetrieb ermöglicht und dabei insbesondere in einer Anfahrsituation der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors während des Startvorgangs reduziert ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Hiernach wird eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug aufgezeigt, welche einen Verbrennungsmotor und wenigstens eine Antriebsachse sowie einen Startergenerator umfasst. Der Startergenerator ist dabei über einen Riemenantrieb Drehmoment übertragend mit dem Verbrennungsmotor verbunden. Erfindungsgemäß sind sowohl der Startergenerator als auch der Verbrennungsmotor derart mit der wenigstens einen Antriebsachse koppelbar, dass ein durch den Startergenerator erzeugbares Drehmoment unter Eingliederung des inaktiven Verbrennungsmotors über diesen auf die wenigstens eine Antriebsachse übertragbar ist.
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Der besondere Vorteil dieser Anordnung liegt in dem konventionellen Aufbau, welcher lediglich die zusätzliche Anordnung des über den Riemenantrieb eingebundenen Startergenerators erfordert. Dank der erfindungsgemäßen Kopplung des Startergenerators und des Verbrennungsmotors ist ein passives Drehen des Verbrennungsmotors ohne das Starten eines Verbrennungsprozesses möglich.
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Weiterhin ist der somit über den Startergenerator passiv drehende Verbrennungsmotor mit der wenigstens einen Antriebsachse koppelbar. Somit ist das durch den Startergenerator erzeugbare Drehmoment zunächst auf den Verbrennungsmotor und von dort aus auf die wenigstens eine Antriebsachse übertragbar.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann ein Schaltgetriebe vorgesehen sein, welches zwischen dem Verbrennungsmotor und der wenigstens einen Antriebsachse angeordnet ist. Hierdurch wird die vorteilhafte Anwahl einer gewünschten Übersetzung zwischen dem jeweils durch den Startergenerator oder den Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoment und der wenigstens einen Antriebsachse ermöglicht.
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Weiterhin kann auch eine Kupplung vorgesehen sein. Diese ist bevorzugt zwischen einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und einer Antriebsachse des Schaltgetriebes angeordnet. Der sich hieraus ergebende Vorteil besteht in dem weiterhin konventionellen Aufbau der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung. Auf diese Weise kann die Kupplung in gewohnter Weise beispielsweise über ein Kupplungspedal bedient werden, um das durch den Startergenerator oder den Verbrennungsmotor erzeugte Drehmoment wahlweise an die wenigstens eine Antriebsachse weiterzuleiten.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht die Anordnung eines Gas-Steuerelements vor, über welches die jeweilige Drehzahl des Verbrennungsmotors und des Startergenerators beeinflussbar ist. Mit anderen Worten sind hierbei über eine einzige Bedienvorrichtung in Form des Gas-Steuerelements sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Startergenerator in ihrer jeweiligen Drehzahl/in ihrem jeweiligen Drehmoment manipulierbar.
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Besonders bevorzugt kann eine Situations-Detektions-Einheit vorgesehen sein. Die Situations-Detektions-Einheit dient der Überwachung einzelner Zustände, welche sich aus Informationen über die einzelnen Aggregate des Fahrzeugs sowie der Stellung des Gas-Steuerelements als auch äußere Einflüsse zusammensetzen können. Im Ergebnis kann die Situations-Detektions-Einheit dazu dienen, die sinnvolle Um- und/oder Zuschaltung in Bezug auf die aktiven Phasen des Verbrennungsmotors und/oder des Startergenerators zu gewährleisten. Hierzu kann die Situations-Detektions-Einheit über eine entsprechende Verbindung mit dem Verbrennungsmotor verbunden sein.
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In diesem Zusammenhang ist angedacht, dass die Situations-Detektions-Einheit über jeweils entsprechende Verbindung mit dem Startergenerator und/oder dem Schaltgetriebe und/oder der Kupplung und/oder dem Gas-Steuerelement verbunden sein kann. Bei den Verbindungen kann es sich im Sinne der Erfindung sowohl um physikalische Leitungen als auch um kabellose Verbindungen handeln, beispielsweise um Funk-Verbindungen.
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Hierzu könnte das zu betreibende Fahrzeug einen Verbrennungsmotor sowie einen Startergenerator umfassen. Dabei wäre der Startergenerator Drehmoment übertragend mit dem Verbrennungsmotor verbunden. Um diese Form der Kopplung zu ermöglichen, könnte ein geeigneter Riemenantrieb vorgesehen sein, über welchen den Startergenerator mit dem Verbrennungsmotor entsprechend verbunden ist. Bevorzugt könnte der Startergenerator hierzu eine Riemenscheibe besitzen, auf welche ein Riemen des Riemenantriebs aufgelegt ist. Weiterhin bevorzugt könnte besagter Riemen mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden sein. Die Kurbelwelle könnte hierfür ebenfalls eine Riemenscheibe aufweisen.
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Selbstverständlich wäre auch eine Kopplung des Riemens mit einer anderen Drehachse des Verbrennungsmotors möglich, welche mit der Kurbelwelle zusammenwirkt. So könnte besagte Drehachse beispielsweise eine Übersetzung zwischen sich und der Kurbelwelle aufweisen. Weiterhin könnten auch die verwendeten Riemenscheiben unterschiedliche Durchmesser aufweisen, um ein erforderliches Übersetzungsverhältnis zwischen Startergenerator und Verbrennungsmotor zu gewährleisten.
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In einer Anfahrsituation des Fahrzeugs könnte vorgesehen sein, dass der Startergenerator zur Erzeugung eines Drehmoments aktiviert wird. Im Unterschied zum üblichen Startvorgang eines Verbrennungsmotors wäre dann allerdings zunächst keine Einleitung eines Verbrennungsprozesses vorzusehen. Mit anderen Worten würde dem oder den Brennräumen des Verbrennungsmotors zunächst kein Kraftstoff zugeführt, beispielsweise über eine Einspritzung. Demgemäß wäre in Abwesenheit eines zündbaren Kraftstoff-Luft-Gemisches auch kein Zündvorgang vorgesehen. So würde der Verbrennungsmotor nicht wie üblich mit nur geringer Drehzahl angekurbelt, sondern unter Verzicht auf einen Verbrennungsprozess mindestens auf eine Leerlaufdrehzahl hochgedreht. Sobald die Leerlaufdrehzahl erreicht wäre, könnte der Verbrennungsmotor wenigstens auf dieser Leerlaufdrehzahl gehalten werden. Das hierfür erforderliche Drehmoment könnte der Startergenerator liefern, welches über den Riemenantrieb auf den Verbrennungsmotor übertragen würde.
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Bei dem verwendeten Riemen könnte es sich beispielsweise um einen Keilriemen oder um einen Flachriemen handeln. Besagte Riemen wären dann in der Höhe der hiermit übertragbaren und aus den jeweiligen Drehmomenten resultierenden Riemenkräfte begrenzt. In vorteilhafter Weise könnte der Riemen als Zahnriemen ausgebildet sein. Hierdurch wäre die Übertragung auch großer Riemenkräfte ohne ein etwaiges Durchrutschen möglich. Je nach Bauart des verwendeten Riemens sollte oder sollten die mit diesem zusammenwirkenden Riemenscheiben auch entsprechend angepasst sein.
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Der besondere Vorteil der zuvor aufgezeigten Maßnahmen bestünde in der emissionslosen Bereitstellung eines wenigstens mit Leerlaufdrehzahl drehenden Verbrennungsmotors. Auf diese Weise könnte das Fahrzeug wie gewohnt mit einer Kupplung betrieben werden, über welche ein im Betrieb lösbarer Kraftschluss zwischen dem sich durch den Startergenerator drehenden Verbrennungsmotor und einer Antriebsachse des Fahrzeugs herstellbar wäre. Folglich wäre somit bereits ein Anfahren oder langsames Fortbewegen des Fahrzeugs möglich. So zeichnen sich beispielsweise Stausituationen durch ein häufiges Betätigen der Kupplung aus, wobei zumeist nur ein schrittweises Vorrücken bei geringer Geschwindigkeit möglich ist (Stop-and-go-Verkehr). In diesem Zusammenhang böte die Erfindung den Vorteil, dass diese Phase ohne einen einzigen Start des Verbrennungsmotors möglich wäre. Neben der Einsparung von Kraftstoff und einem geringeren Verschleiß des Verbrennungsmotors könnten dabei insbesondere die Geräuschentwicklung und der Schadstoffausstoß um ein Vielfaches reduziert werden oder wären erst gar nicht vorhanden.
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In diesem Zusammenhang böte insbesondere der über einen Riemenantrieb mit dem Antriebsstrang verbundene Startergenerator diverse Vorteile. Neben der einfachen Integration in die bestehende Architektur des Anriebsstrangs würde sich dieser durch einen geräuscharmen Lauf auszeichnen. Ursächlich hierfür wäre die Verwendung eines Riemens zur Kraftübertragung, welcher eine Weiterleitung der Laufgeräusche des Startergenerators oder die sich bei anderen Übertragungsarten ergebenden Vibrationen auf die übrigen Teile des Antriebsstrangs weitestgehend verhindern oder zumindest deutlich reduzieren würde.
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Weitere typische Situationen stellen beispielsweise auch die Parkplatzsuche und insbesondere der Einparkvorgang selbst dar. Hierbei wird ein Fahrzeug in der Regel nur langsam bewegt. Zudem erfordert das notwendige Manövrieren nicht selten ein mehrfaches Betätigen der Kupplung und des Schaltgetriebes. In Stadtgebieten werden etwaige Passanten und Anwohner während des Parkvorgangs zudem durch die sonst übliche Geräusch- und Abgasentwicklung belästigt, was vorliegend durch den vorgeschlagenen Betrieb des Fahrzeugs vermieden werden könnte.
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Insbesondere im Stand der Technik bekannte Start-Stopp-Systeme weisen gegenüber dem zuvor erläuterten Vorschlag den Nachteil auf, dass der im Stillstand des Fahrzeugs abgestellte Verbrennungsmotor bereits durch das Betätigen der Kupplung gestartet wird. In der Praxis starten derartige Systeme allerdings zumeist zu früh. Dies hängt mit der Bedienung durch die das Fahrzeug lenkende Person zusammen, welche beispielsweise je nach Gewohnheit oder Vorliebe die Kupplung bereits vorzeitig betätigt. Hieraus resultiert ein unnötig hoher Kraftstoffverbrauch.
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Nicht selten provozieren insbesondere Ampelphasen oder allgemeine Haltesignale eine gewisse Stressform. Hier gilt es das Fahrzeug beim Umschalten der Signalanlage möglichst zeitnah zu bewegen und insbesondere kein unnötiges Aufhalten des folgenden Verkehrs zu provozieren. Aus diesem Grund wird nicht selten bereits frühzeitig eine Anfahrbereitschaft hergestellt, welche zu einer verfrühten Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors führt. Hierdurch wird der Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors bereits zu einem Zeitpunkt gestartet, in dem der Anfahrprozess noch gar nicht erfolgt soll, da das Fahrzeug sich noch eine Zeit lang mit laufendem Motor im Stillstand befindet. Im Ergebnis findet der Kraftstoffverbrauch somit bereits in einer Phase statt, in welcher noch keinerlei Drehmomentanforderung erfolgt ist. Zudem wird der Verbrennungsmotor zu diesem Zeitpunkt in einem Arbeitsbereich betrieben, welcher im Verhältnis einen hohen Kraftstoffverbrauch gegenüber einer nur geringen Kraftentwicklung bewirkt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung könnte wenigstens eine Antriebsachse vorgesehen sein, welche über ein Schaltgetriebe mit dem Verbrennungsmotor Drehmoment übertragend koppelbar wäre. Die Kopplung könnte in vorteilhafter Weise über eine Kupplung erfolgen. Besagte Kupplung könnte in einer favorisierten Ausgestaltung über ein Fußpedal, näherhin über ein Kupplungspedal oder über eine gleich wirkende Anordnung betätigt werden. Die Betätigung könnte dann ein Auskuppeln sowie ein Einkuppeln der Kupplung vorsehen. Grundsätzlich wäre hierdurch die hierdurch mögliche Kopplung zwischen dem Verbrennungsmotor und der Antriebsachse insbesondere im Betrieb trennbar. In diesem Zusammenhang könnte vorgesehen sein, dass der Startergenerator durch folgende Schritte aktiviert würde, um das auf den Verbrennungsmotor zu übertragende Drehmoment zu erzeugen:
- a) Entkoppeln des Verbrennungsmotors von der wenigstens einen Antriebsachse und
- b) Einlegen eines Ganges an dem Schaltgetriebe.
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Die Entkopplung des Verbrennungsmotors von der wenigstens einen Antriebsachse könnte dabei über die Kupplung erfolgen. Hierbei könnte es sich in vorteilhafter Weise um einen konventionellen Aufbau handeln, wobei die Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Schaltgetriebe angeordnet sein könnte. Um das so von dem Verbrennungsmotor auf das Schaltgetriebe übertragene Drehmoment an die Antriebsachse abzugeben, könnte die Antriebsachse direkt oder indirekt Drehmoment übertragend mit dem Schaltgetriebe verbunden sein.
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Durch die vorgeschlagenen Schritte a) und b) würde in vorteilhafter Weise eine Bereitschaft des an sich passiven Verbrennungsmotors hergestellt, welcher durch den Startergenerator wenigstens auf Leerlaufdrehzahl hochgedreht und gehalten würde. Durch diese der das Fahrzeug lenkenden Person vertrauten Maßnahmen zur Einleitung der Bewegung des Fahrzeugs würde in gewohnter Weise direkt ein Drehmoment abrufbar sein. Das so vorhandene Drehmoment könnte sofort durch das Einkuppeln der Kupplung auf die wenigstens eine Antriebsachse übertragen werden, wodurch das Fahrzeug in Bewegung gesetzt würde. Hierdurch wäre das Fahrzeug bereits voll manövrierbar, ohne den Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors gestartet zu haben.
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Dabei könnte es keine Rolle spielen, ob ein Vorwärtsgang oder ein Rückwärtsgang gewählt würde, da in beiden Fällen die Aktivierung des Startergenerators vorgesehen wäre. Je nach Ausgestaltung des Startergenerators könnte eine Abfrage erfolgen, ob es sich beispielsweise bei dem angewählten Vorwärtsgang um einen mit niedriger Übersetzung handelt. Bevorzugt würde die Aktivierung des Startergenerators im Falle eines Vorwärtsgangs beim Einlegen des ersten Gangs erfolgen. Dies vor dem Hintergrund des durch den Startergenerator erzeugbaren Drehmoments, welches für einen lang übersetzten Gang mitunter nicht ausreichend sein könnte. Bei dem ersten Gang handelt es sich in der Regel um einen kurz übersetzten Gang. Selbstverständlich könnte der Startergenerator bei Bedarf auch derart ausgelegt sein, dass eine Bewegung des Fahrzeugs auch mit einem lang übersetzten Gang möglich wäre.
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Besonders bevorzugt würde der eigentliche Verbrennungsprozess des durch den Startergenerator passiv drehenden Verbrennungsmotors erst durch die Betätigung eines Gas-Steuerelements gestartet. Bei dem Gas-Steuerelement könnte es sich beispielsweise um ein mit dem Fuß zu betätigendes Gaspedal handeln. Auch könnte das Gas-Steuerelement durch gleich wirkende Anordnungen gebildet sein, beispielsweise durch einen Gashahn oder einen Gashebel (Hand-Gas). Sobald der Verbrennungsprozess gestartet wäre, könnte der Startergenerator als Elektromotor bevorzugt deaktiviert werden. Mit anderen Worten könnte der Startergenerator ab diesem Zeitpunkt nicht mehr aktiv an der Erzeugung eines Drehmoments beteiligt sein. Da die vorgeschlagene Anordnung eine permanente Verbindung des Startergenerators mit dem Verbrennungsmotor über den Riemenantrieb vorsieht, würde dieser nun über den Verbrennungsmotor passiv gedreht. Auf diese Weise könnte das nun über den aktiv laufenden Verbrennungsmotor erzeugte Drehmoment genutzt werden, um über den Startergenerator Strom zu erzeugen. Ab diesem Zeitpunkt könnte der Startergenerator dann als Lichtmaschine bzw. Rekuperator agieren und die so erzeugte Energie in einen Energiespeicher, insbesondere in eine Batterie einspeisen.
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Vorliegend wird unter einer Batterie ein Akkumulator verstanden, welcher als wieder aufladbarer Energiespeicher der Abgabe sowie Speicherung von Energie, insbesondere von elektrischer Energie dient.
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Nach der Aktivierung des Startergenerators wären nun verschiedene Anforderungen und Zustände denkbar, welche sich im weiteren Verlauf bei dem Betrieb des Fahrzeugs ergeben könnten. So könnte es sich bei der so hergestellten Bereitschaft beispielsweise um eine verfrühte Aktion handeln, da im weiteren Verlauf das nunmehr zur Verfügung stehende Drehmoment nicht abgerufen wird. Für diesen Fall könnte eine vorteilhafte Maßnahme so aussehen, dass der zur Erzeugung des Drehmoments aktivierte Startergenerator im Stillstand des Fahrzeugs nach einem voreingestellten Zeitintervall deaktiviert würde. Hierdurch wäre sichergestellt, dass es sich bei der Aktivierung des Startergenerators zunächst um einen temporären Zustand handelt, welcher nach einer festgelegten Zeitspanne automatisch beendet würde. Der Vorteil bestünde hierbei in einer Schonung des Energiespeichers, über welchen eine Versorgung des in Bereitschaft drehenden Startergenerators mit Energie erfolgt.
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Selbstverständlich könnte besagtes Zeitintervall in dem Moment unterbrochen werden, in dem eine Betätigung des Gas-Steuerelements erfolgen würde. Gemäß einer zuvor aufgezeigten besonders vorteilhaften Ausgestaltung könnte das Betätigen des Gas-Steuerelements den Start des Verbrennungsprozesses einleiten, wobei das Zeitintervall automatisch unterbrochen und der Startergenerator als Elektromotor deaktiviert würde.
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Derzeit wird der Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen innerhalb der Europäischen Union einheitlich ermittelt, wobei ein genormter Fahrzyklus zugrunde gelegt wird. Grundlage hierfür ist der „Neue Europäische Fahrzyklus“ (NEFZ), welcher auch als „New European Driving Cycle“ (NEDC bzw. MVEG) bekannt ist. Der genormte Fahrzyklus dient der Ermittlung von CO2-Emissionen und dem jeweiligen Energieverbrauch. Hierzu werden die Bedingungen und Geschwindigkeiten vorgegeben, unter denen die Ermittlung zu erfolgen hat. Der Fahrzyklus sieht im Rahmen einer Anfahrsituation einen Zeitraum von fünf Sekunden vor, innerhalb dem das stehende Fahrzeug mit eingelegtem Gang verweilt. Mit Blick auf die vorliegende Erfindung wird deutlich, dass innerhalb dieses Zeitraums der Verbrennungsmotor zwar passiv durch den Startergenerator gedreht wird, allerdings kein Verbrennungsprozess stattfindet. Folglich sind die CO2-Emissionen und der Kraftstoffverbrauch während dieses Zeitraums gleich null, während bei den im Stand der Technik bekannten Verfahren der Verbrennungsprozess bereits seit dem Auskuppeln der Kupplung zum Einlegen eines Gangs abläuft. Sofern das zum Deaktivieren des Startergenerators festgelegte Zeitintervall wenigstens fünf Sekunden beträgt, sind durch das erfindungsgemäße Verfahren folglich deutlich bessere Werte zu erzielen.
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Nach der Aktivierung des Startergenerators könnte ein weiterer Zustand so aussehen, dass die Kupplung des Fahrzeugs eingekuppelt und das Fahrzeug nur mit Hilfe des drehenden Startergenerators bewegt würde. Für diesen Fall sähe eine bevorzugte Maßnahme der Erfindung vor, dass der Verbrennungsprozess des durch den aktivierten Startergenerator drehenden Verbrennungsmotors bei Überschreitung einer festgelegten Geschwindigkeit des Fahrzeugs gestartet würde. Nach dem Starten des Verbrennungsprozesses könnte der Startergenerator bevorzugt deaktiviert und bei Bedarf zur Erzeugung von Strom genutzt werden.
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Der besondere Vorteil bestünde hierbei in einem für die das Fahrzeug lenkende Person nahtlosen Übergang zwischen elektrischem und konventionellem Betrieb des Fahrzeugs. In diesem Zusammenhang könnte vorgesehen sein, dass die durch den Startergenerator erreichbare Geschwindigkeit des Fahrzeugs so gewählt würde, dass der ab dieser Geschwindigkeit laufende Verbrennungsmotor in einem für ihn effizienten Wirkungsbereich arbeitet. Mit anderen Worten würde hierdurch zunächst der bei geringen Drehzahlen effizient arbeitende Startergenerator zunächst als Elektromotor agieren, welcher ab einer bestimmten Geschwindigkeit durch den dann effizient arbeitenden Verbrennungsmotor abgelöst würde.
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Besonders bevorzugt könnte der Startergenerator so ausgelegt sein, dass der so ermöglichte rein elektrische Betrieb des Fahrzeugs bis zu einer vorbestimmten Geschwindigkeit des Fahrzeugs möglich wäre. So wäre es möglich, dass der Startergenerator das Fahrzeug beispielsweise bis zu einer Geschwindigkeit von 10,0 km/h beschleunigen und bewegen könnte. Die Steuerung kann aufgrund des Geschwindigkeitsprofils, Geschwindigkeitsgradienten und Beschleunigungsindex, positiv oder negativ, erkennen (mit Zuhilfenahme der Longitudinalbeschleunigung) ob ein Antreiben oder ein Verzögern stattfindet. Somit kann zwischen Ampelsituation, langsamer Fahrt und Parkieren unterschieden werden. Insbesondere das Parkieren kann durch die Zuhilfenahme der Assistenzsysteme sicher erkannt werden. Weiter können diese Situationen auch über ein ‚Look-Up Table‘ erkannt werden und somit die Situationsdetektion bereitstellen. Hierbei würde dann auch die elektrischen Leistungsdaten der E-Maschine und der Pedalanforderung berücksichtigt.
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Nach der Aktivierung des Startergenerators könnte ein weiterer Zustand so aussehen, dass ein etwaiges zu überfahrenes Hindernis oder die Neigung des Untergrundes, insbesondere der Straße ein hohes Drehmoment zum Antreiben der Antriebsachse und somit von Rädern des Fahrzeugs erfordert. In einer bevorzugten Ausgestaltung könnte hierfür vorgesehen sein, dass der Verbrennungsprozess des durch den aktivierten Startergenerator drehenden Verbrennungsmotors gestartet würde, sobald ein zum Manövrieren des Fahrzeugs erforderliches Drehmoment das durch den Startergenerator maximal erzeugbare Drehmoment übersteigen sollte.
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Hierdurch könnte in vorteilhafter Weise der Start des Verbrennungsprozesses von dem erforderlichen Drehmoment abhängig gemacht werden. Demnach würde der Verbrennungsmotor erst ab einer bestimmten Größenordnung des bereitzustellenden Drehmoments gestartet. Auf diese Weise wäre der Einsatz eines klein und kompakt bauenden Startergenerators möglich. Das durch den Startergenerator erzeugbare Drehmoment sollte mindestens so groß sein, dass es das zum Drehen des inaktiven Verbrennungsmotors erforderliche Drehmoment erreicht. Hierbei wäre in Kalt- und Warmstartphasen zu unterscheiden, wobei der Verbrennungsmotor im Kaltstart in der Regel ein größeres Drehmoment zu dessen Ankurbeln verlangt.
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Je nach Ausgestaltung könnte weiterhin vorgesehen sein, dass der im Falle einer hohen Drehmomentanforderung gestartete Verbrennungsmotor allein arbeitet und somit der Startergenerator als Elektromotor deaktiviert würde. In einer weiteren Ausgestaltung könnte vorgesehen sein, dass der gestartete Verbrennungsmotor mit dem Startergenerator zusammen wirken und somit eine nur unterstützende Wirkung über ein zusätzliches Drehmoment bereitstellen könnte.
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In diesem Zusammenhang wäre denkbar, dass das durch den gestarteten und somit laufenden Verbrennungsmotor erzeugte zusätzliche Drehmoment derart angepasst würde, dass die Kombination der durch den aktivierten Startergenerator und den Verbrennungsmotor erzeugten Drehmomente dem jeweils erforderlichen Drehmoment entsprächen. Hierdurch könnte in vorteilhafter Weise zunächst der effiziente Arbeitsbereich des Startergenerators voll ausgenutzt werden, während der Verbrennungsmotor lediglich eine ergänzende Aufgabe übernehmen würde.
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Um ein rein elektrisches Manövrieren des Fahrzeugs bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor zu ermöglichen, könnte wenigstens eine Antriebsachse des Fahrzeugs Drehmoment übertragend mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt werden. Dies könnte beispielsweise durch das Einkuppeln der Kupplung erfolgen, wie bereits zuvor beschrieben. Das erforderliche Drehmoment zum Antreiben der wenigstens einen Antriebsachse könnte dabei allein durch den mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Startergenerator erzeugt werden.
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Der Vorteil dieser Ausgestaltung lägt in dem konventionellen Aufbau des gesamten Antriebsstrangs, welcher auf einfache Weise durch den Startergenerator ergänzt wäre. Somit entspräche die gesamte Bedienung des Fahrzeugs dem gewohnten Umgang, welcher typischer Weise aus einer Kombination aus Kuppeln, Schalten und Betätigen des Gas-Steuerelements besteht.
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Um hierbei eine möglichst hohe Effizienz zu erreichen, könnte eine besonders vorteilhafte Maßnahme vorsehen, dass Auslassventile des Verbrennungsmotors während des elektrischen Manövrierens des Fahrzeugs geöffnet würden. Hierdurch wäre während des rein elektrischen Betriebs des Fahrzeugs durch den Startergenerator kein Widerstand aus der ansonsten entstehenden Kompression im Zylinder zu überwinden. Das zum Drehen des inaktiven Verbrennungsmotors erforderliche Drehmoment würde sich folglich auf die zu überwindende Reibung reduzieren. In vorteilhafter Weise stünde hierdurch das durch den Startergenerator erzeugbare Drehmoment mit nur geringen Reibungsverlusten zur Verfügung, um in Weiterleitung an die wenigstens eine Antriebsachse das Fahrzeug wie gewünscht zu bewegen.
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Eine weitere vorteilhafte Maßnahme während des rein elektrischen Betriebs des Fahrzeugs könnte so aussehen, dass während des elektrischen Manövrierens des Fahrzeugs die durch den Startergenerator erzeugte Drehzahl des Verbrennungsmotors durch die Betätigung eines Gas-Steuerelements verändert würde. Mit anderen Worten ließe sich hierdurch das Fahrzeug auf konventionelle Art und Weise bedienen, da das Gas-Steuerelement in gewohnter Weise zur Drehzahlregulierung des Antriebs dienen könnte. Somit wäre im konventionellen Betrieb bei laufendem Verbrennungsmotor dessen Füllmenge an Kraftstoff-Luft-Gemisch über das Gas-Steuerelement manipulierbar, während im rein elektrischen Betrieb die Drehzahl des Startergenerators über besagtes Gas-Steuerelement regelbar sein könnte. Vorliegend könnte es sich bei dem Gas-Steuerelement folglich um eine Kombination aus Gas- und Strompedal handeln.
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Um einen durchgehenden Betrieb des Fahrzeugs zu ermöglichen, könnte gemäß einer weiteren bevorzugten Maßnahme der Startergenerator durch einen Energiespeicher mit Energie versorgt werden, wobei bei Unterschreitung eines voreingestellten Werts für den Ladezustands des Energiespeichers der Verbrennungsprozess des durch den Startergenerator drehenden Verbrennungsmotors gestartet würde. Hierdurch wäre in vorteilhafter Weise ein kontinuierlicher Betrieb des Fahrzeugs sichergestellt, indem eine Überwachung des Energiespeichers, insbesondere der Batterie stattfinden würde. Folglich könnte der Verbrennungsprozess in dem Verbrennungsmotor bei niedrigem Ladezustand auch dann gestartet werden, wenn alle anderen Faktoren zur Einleitung eines rein elektrischen Betriebs führen würden.
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Die zuvor erläuterten Maßnahmen zum Betrieb eines Fahrzeugs könnten sowohl im konventionellen als auch im rein elektrischen Fahrbetrieb dessen einheitliche Bedienbarkeit ermöglichen. Auf diese Weise wäre eine konventionelle Bauart des gesamten Antriebsstrangs möglich, welche lediglich durch den Startergenerator in Kombination mit dem Riemenantrieb ergänzt würde. Hierdurch wäre auch die Umrüstung bereits fertiggestellter Fahrzeuge denkbar, da die Ergänzung durch den Startergenerator und eine entsprechende Steuerelektronik einen nur geringen Aufwand erfordern würde. Je nach Ausführung wären hierbei auch Anpassungen an dem vorhandenen Energiespeicher in Form der Batterie durchzuführen.
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Im Ergebnis wäre auf die beschriebene Weise insbesondere in einer Anfahrsituation der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors während des Startvorgangs deutlich reduziert. Weiterhin ließen sich typische Fahrsituationen wie Stop-and-go-Verkehr, Einparken und allgemein langsame Fahrten rein elektrisch durchführen, was insgesamt zu einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Belästigung durch Motorenlärm führen würde.
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Die vorstehend beschriebenen Maßnahmen zum Betreiben eines Fahrzeugs wären nicht auf die hierin offenbarten Maßnahmen und Ausführungsformen beschränkt, sondern würden selbstverständlich auch gleich wirkende weitere Maßnahmen und Ausführungsformen mit umfassen.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs,
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2 ein schematisches Ablaufdiagramm für eine erfindungsgemäße Anfahrsituation unter Verzicht eines Verbrennungsprozesses,
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3 die erfindungsgemäße Anfahrsituation aus 2 in einem schematischen Ablaufdiagramm mit einem Verbrennungsprozess sowie
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4 ein schematisches Ablaufdiagramm für verschiedene Situationen während des elektrischen Betriebs des erfindungsgemäßen Fahrzeugs in welchen der Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors gestartet wird.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 1 in seinem schematischen Aufbau. Das Fahrzeug 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 2 und einen Startergenerator 3. Der Startergenerator 3 ist über einen Riemenantrieb 4 derart mit dem Verbrennungsmotor 2 verbunden, dass ein von dem Startergenerator 3 erzeugbares Drehmoment M1 auf den Verbrennungsmotor 2 übertragbar ist.
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Des Weiteren besitzt das Fahrzeug 1 ein Schaltgetriebe 5, welches Drehmoment übertragend mit dem Verbrennungsmotor 2 koppelbar ist. Die lösbare Kopplung wird über eine Kupplung 6 erreicht, welche zwischen einer Kurbelwelle 7 des Verbrennungsmotors 2 und einer Antriebswelle 8 des Schaltgetriebes 5 angeordnet ist. Das Schaltgetriebe 5 ist Drehmoment übertragend mit einer Antriebsachse 9 verbunden, deren freien Enden mit Rädern 10 des Fahrzeugs 1 gekoppelt sind.
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Um das durch den Startergenerator 3 erzeugbare Drehmoment M1 auf den Verbrennungsmotor 2 zu übertragen, weist der Startergenerator 3 eine Drehachse 11 auf, welche an ihrem freien Ende mit einer ersten Riemenscheibe 12 des Riemenantriebs 4 verdrehfest verbunden ist. Demgegenüber umfasst der Riemenantrieb 4 eine zweite Riemenscheibe 13, welche ebenfalls verdrehfest mit der Kurbelwelle 7 des Verbrennungsmotors 2 verbunden ist. Um die beiden Riemenscheiben 12, 13 das Drehmoment M1 übertragend miteinander zu koppeln, sind diese über einen Riemen 14 des Riemenantrieb 4 miteinander verbunden.
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Weiterhin ist ein Gas-Steuerelement 15 vorgesehen, welches vorliegend als Gaspedal ausgebildet ist. Die einzelnen Aggregate des Fahrzeugs 1 in Form von Verbrennungsmotor 2, Startergenerator 3, Schaltgetriebe 5 und Kupplung 6 sowie das Gas-Steuerelement 15 sind über geeignete Verbindungen a1–a5 mit einer Situations-Detektions-Einheit 16 verbunden. Bei den Verbindungen a1–a5 kann es sich sowohl um physikalisch vorhandene Leitungen als auch um drahtlose Ausführungen handeln, beispielsweise um Funkverbindungen. Die vorliegend vereinfacht dargestellte, mit der Kupplung 6 verbundene Verbindung a4 kann in der Praxis auch mit einem entsprechenden und hier nicht gezeigten Kupplungspedal oder einer gleich wirkenden Betätigungseinrichtung verbunden sein.
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Wie zu erkennen, stellt der Riemenantrieb 4 eine permanente Verbindung zwischen dem Startergenerator 3 und dem Verbrennungsmotor 2 dar. Der Startergenerator 3 kann in nicht näher dargestellter Weise aktiv oder passiv betrieben werden. Bei einer Aktivierung des Startergenerators 3 agiert dieser als Elektromotor, um das Drehmoment M1 zu erzeugen. Im deaktivierten Zustand läuft der Startergenerator 3 über den in Betrieb befindlichen Verbrennungsmotor 2 mit, so dass der Startergenerator 3 als Lichtmaschine, näherhin als Rekuperator genutzt werden kann. Hierfür wird ein durch den laufenden Verbrennungsmotor 2 erzeugtes Drehmoment M2 über den Riemenantrieb 4 auf den Startergenerator 3 übertragen. Die dabei erzeugbare Energie in Form von Elektrizität kann in einem nicht näher dargestellten Energiespeicher, beispielsweise einer Batterie gespeichert werden. Besagter nicht dargestellter Energiespeicher dient ferner dazu, den Startergenerator 3 in seinem aktivierten Zustand als Elektromotor mit der notwendigen Energie in Form von Strom zu versorgen.
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Durch die gezeigte Anordnung wird deutlich, dass die Antriebswelle 8 des Schaltgetriebes 5 und damit die Antriebsachse 9 des Fahrzeugs 1 sowohl über den Verbrennungsmotor 2 als auch über den Startergenerator 3 betrieben werden kann. Der jeweils erzeugbaren Drehmomente M1, M2 werden dabei zunächst von der Kurbelwelle 7 des Verbrennungsmotors 2 auf die Kupplung 6 übertragen. Von dort aus werden diese im eingekuppelten Zustand der Kupplung 6 auf die Antriebsachse 8 des Schaltgetriebes 5 übertragen, welches das jeweilige Drehmoment M1, M2 mit entsprechender Übersetzung an die Antriebsachse 9 und somit an die Räder 10 weiterleitet.
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2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm für eine typische Anfahrsituation des Fahrzeugs 1. Die jeweiligen Zustände der zuvor bereits aufgezählten Aggregate 2, 3, 5, 6 sowie des Gas-Steuerelement 15 werden über die Verbindungen a1–a5 aus 1 an die ebenfalls in 1 gezeigte und aus Gründen der Übersichtlichkeit nachfolgend nicht dargestellte Situations-Detektions-Einheit 16 gemeldet. Um nun das rein elektrisch erzeuget Drehmoment M1 des Startergenerators 3 zu erhalten, muss dieser entsprechend als Elektromotor aktiviert werden. Hierbei erfolgt zunächst die Abfrage, ob derzeit ein Verbrennungsprozess innerhalb des Verbrennungsmotors 2 stattfindet oder nicht. Mit anderen Worten wird zunächst überprüft, ob der Verbrennungsmotor 2 in Betrieb, also „An“ B1 oder abgeschaltet, also „Aus“ B2 ist.
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Sofern sich der Verbrennungsmotor 2 außer Betrieb also im Zustand „Aus“ B2 befindet, erfolgt als nächstes die Abfrage der Kupplung 6. Deren Zustand wird als „eingekuppelt“ C1 oder „ausgekuppelt“ C2 detektiert. Sofern beispielsweise das Kupplungspedal getreten ist wird hier der Zustand „ausgekuppelt“ C2 festgestellt, woraufhin eine Zustandsabfrage des Schaltgetriebes 5 erfolgt. Dieses richtet sich primär nach der Frage, ob mittels des Schaltgetriebes 5 ein „Gang eingelegt“ D1 ist oder ob dieses sich derzeit in einem Zustand „ohne Gang“ D2 befindet. Sofern die Abfrage des Schaltgetriebes 5 ergibt, dass ein Gang D1 eingelegt ist, erfolgt noch die Abfrage des Zustandes des Gas-Steuerelements 15. Dieses kann sich im Wesentlichen im Zustand „unbetätigt“ E1 oder „betätigt“ E2 befinden. Ist dieses unbetätigt E1, deuten alle Faktoren auf einen kurz bevorstehenden Anfahrvorgang hin. Aufgrund der zuvor aufgezählten, in der Situations-Detektions-Einheit 16 ausgewerteten Zustände wird nun ein entsprechendes Signal ausgelöst, welches den Startergenerator 3 in den Zustand „aktiv“ F1 versetzt, diesen folglich aktiviert. Hierdurch fungiert der Startergenerator als Elektromotor, so dass das Drehmoment M1 erzeugt wird.
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Wie in 1 zu erkennen, wird nun besagtes Drehmoment M1 über den Riemenantrieb 4 auf die Kurbelwelle 7 des Verbrennungsmotors 2 übertragen, wodurch dieser passiv gedreht wird. Erfindungsgemäß wird dieser mindestens auf eine Leerlaufdrehzahl hochgedreht und wenigstens auf der Leerlaufdrehzahl gehalten. Hierdurch kann das nun zur Verfügung stehende Drehmoment M1 bereits genutzt werden, um die Antriebsachse 9 und damit die Räder 10 zu drehen, so dass das Fahrzeug 1 bewegt wird. Hierfür ist lediglich das Einkuppeln der Kupplung 6 notwendig, um eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der durch den Startergenerator 3 drehende Kurbelwelle 7 des Verbrennungsmotors 2 und der Antriebsachse 8 des Schaltgetriebes 5 herzustellen.
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3 zeigt nun den Zustand, welcher typischer Weise nach dem Stillstand des Fahrzeugs 1 an einer Signalanlage folgt. Voraussetzung für das schematische Ablaufdiagramm sind die zuvor abgefragten Zustände sowie der im Zustand „aktiv“ F1 befindliche, also das Drehmoment M1 erzeugende Startergenerator 2 aus 2. Nachdem beispielsweise die Ampelanlage aus der Rotphase heraus wechselt, wird eine das Fahrzeug 1 lenkende Person nunmehr das Gas-Steuerelement 15 betätigen, um ein entsprechendes Drehmoment sowie eine Drehzahlerhöhung zu erreichen. Hierdurch wird der Verbrennungsprozess in dem Verbrennungsmotor 2 gestartet, so dass dieser seinerseits aktiv im Zustand „An“ B1 das Drehmoment M2 erzeugt. Sobald der zuvor noch wenigstens mit Leerlaufdrehzahl passiv drehende Verbrennungsmotor 2 gestartet ist, wir der Startergenerator 3 durch die hier nicht gezeigte Situations-Detektions-Einheit 16 deaktiviert und in den Zustand F2 „passiv“ versetzt. In diesem Zustand arbeitet der Startergenerator 3 insofern passiv, als dass er das durch den Riemenantrieb 4 auf ihn übertragene Drehmoment M2 des Verbrennungsmotors 2 in elektrische Energie umsetzt.
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4 basiert auf dem rein elektrischen Betrieb des Fahrzeugs 1, wie es sich beispielsweise aus 2 ergibt. Je nach äußeren Einflüssen und Fahrzustand kann es notwendig werden, den Verbrennungsprozess des durch den Startergenerator 3 passiv drehenden Verbrennungsmotors 2 zu starten.
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So wird der Verbrennungsprozess des durch den aktivierten Startergenerator 3 drehenden Verbrennungsmotors 2 erfindungsgemäß beispielsweise dann gestartet, sobald ein zum Manövrieren des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 1 erforderliches Drehmoment G das durch den Startergenerator 3 maximal erzeugbare Drehmoment M1 übersteigt. Hierdurch wird der Verbrennungsmotor in den Zustand „An“ B1 versetzt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass für jede Fahrsituation durch die an Bord des Fahrzeugs 1 befindlichen Antriebe 2, 3 ausreichend Leistung vorhanden ist.
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Eine weitere Situation ergibt sich, wenn im elektrischen Betrieb der Startergenerator 3 durch einen Energiespeicher mit Energie versorgt wird und ein voreingestellter Wert für den Ladezustand k besagten Energiespeichers unterschritten wird. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass kurzfristig nicht genügend Energie zum Betreiben des Startergenerators 3 zur Verfügung stehen wird. In diesem Fall wird der Verbrennungsprozess des durch den Startergenerator 3 drehenden Verbrennungsmotors 2 ebenfalls gestartet, wodurch dieser in den Zustand „An“ B1 übergeht. Hierdurch wird neben dem dann konventionell zur Verfügung stehenden Drehmoment M2 insbesondere eine Aufladung des Energiespeichers durch den dann im Zustand „passiv“ F2 als Lichtmaschine arbeitenden Startergenerator ermöglicht.
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Ausgehend von der in 2 dargestellten Situation zur Herstellung einer Anfahrbereitschaft ist erfindungsgemäß ferner vorgesehen, dass der zur Erzeugung des Drehmoments M1 aktivierte Startergenerator 3 im Stillstand des Fahrzeugs 1 nach einem voreingestellten Zeitintervall t in den Zustand „passiv“ F2 geht und folglich deaktiviert wird. Hierdurch wird der Ladezustand des Energiespeichers geschont, da offensichtlich kein Anfahren des Fahrzeugs 1 erwünscht ist. Selbstverständlich wird die Deaktivierung des Startergenerators nach dem festen Zeitintervall t nur dann eingeleitet, wenn innerhalb dieses Zeitintervalls t keine Betätigung des Gas-Steuerelements 15 erfolgt. Diese Maßnahme sieht erfindungsgemäß ohnehin den Start (Zustand „An“ B1) des Verbrennungsprozesses des Verbrennungsmotors 2 und die Deaktivierung (Zustand „passiv“ F2) des Startergenerators 3 vor.
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Letztlich ergibt sich eine weitere Situation für den Zustand „An“ B1 und somit zum starten des Verbrennungsprozesses des durch den aktivierten Startergenerator 3 drehenden Verbrennungsmotors 2 dann, wenn eine zuvor festgelegte Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 1 überschritten wird. Da höhere Geschwindigkeiten nicht über den Startergenerator 3, sondern mit dem Verbrennungsmotor 2 gefahren werden, wird der Startergenerator 3 in diesem Fall ebenfalls deaktiviert und somit in den Zustand „passiv“ F2 versetzt, in welchem er bei Bedarf zur Energiegewinnung beitragen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Startergenerator
- 4
- Riemenantrieb
- 5
- Schaltgetriebe
- 6
- Kupplung
- 7
- Kurbelwelle von 2
- 8
- Antriebswelle von 5
- 9
- Antriebsachse
- 10
- Reifen an 9
- 11
- Drehachse von 3
- 12
- erste Riemenscheibe an 3
- 13
- zweite Riemenscheibe an 7
- 14
- Riemen von 4
- 15
- Gas-Steuerelement
- 16
- Situations-Detektions-Einheit
- a1
- Verbindung zwischen 2 und 16
- a2
- Verbindung zwischen 3 und 16
- a3
- Verbindung zwischen 5 und 16
- a4
- Verbindung zwischen 6 und 16
- a5
- Verbindung zwischen 15 und 16
- B1
- Zustand „An“ von 2
- B2
- Zustand „Aus“ von 2
- C1
- Zustand „eingekuppelt“ von 6
- C2
- Zustand „ausgekuppelt“ von 6
- D1
- Zustand „Gang eingelegt“ von 5
- D2
- Zustand „ohne Gang“ von 5
- E1
- Zustand „unbetätigt“ von 15
- E2
- Zustand „betätigt“ von 15
- F1
- Zustand „aktiv“ von 3
- F2
- Zustand „passiv“ von 3
- G
- Drehmoment, erforderlich
- k
- Ladezustand Energiespeicher
- M1
- Drehmoment von 3
- M2
- Drehmoment von 2
- t
- Zeitintervall
- v
- Geschwindigkeit von 1
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1932704 B1 [0006]
- US 6040643 A [0007]
- US 2012/0006152 A1 [0008]
- DE 102010036321 A1 [0008]
- US 6082476 A [0009]
- US 2011/0061955 A1 [0010]
