DE2332514A1 - Energiesparender nutzbremsantrieb fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Energiesparender nutzbremsantrieb fuer kraftfahrzeuge

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Description

Energiesparender Nutzbremsantrieb für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft einen energiesparenden Nutzbremsantrieb für Kraftfahrzeuge.
Es ist bekannt, daß bei Kraftfahrzeugen die Fahrtbeschleunigung durch einen Motor mit chemischer Energiequelle erfolgt und daß die Fahrfverzögerung durch Reibungswirkungen in Bremsen und Motor herbeigeführt wird. Die beim Verzögern dem Fahrzeug entzogene Bewegungsenergie geht in Form von Wärme an die Umgebung verloren. Dabei ergibt sich insbesondere im Stadtverkehr mit häufig aufeinanderfolgenden Beschleunigungs- und Bremsvorgängen ein hoher Treibstoff verbrauch sowie daraus resultierend eine starke chemische und thermische Umweltbelastung. Bei einem typischen Anfahr-Brems-SpieI im Stadtverkehr ist die insgesamt aufgewendete Treibstoffmenge etwa 3 bis 5 mal so groß wie die zur Überwindung der Fahr- und Luftwiderstände minimal erforderliche Treibstoffmenge. Eine weitere Energievergeudung erfolgt bei Kraftfahrzeugen im Leerlauf des Motors beim Langsamfahren oder Anhalten (Warten). Als Konsequenz ist bei gebräuchlichen Kraftfahrzeugen der Treibstoffverbrauch je Fahrstrecke im Stadtverkehr höher als bei Fernfahrten Obwohl die Luftreibungsverluste bei den hohen Fernfahrtgeschwindigkeiten das Gegenteil erwarten lassen.
Durch besondere Maßnahmen (Nutzbremsung, Buch Technik-Lexikon Fahrzeugtechnik, Rowohlt-Verlag, Hamburg, 1971, p. 443) kann überschüssige Bewegungsenergie beim Bremsvorgang rückgewonnen und für die Wiederverwendung gespeichert werden, so daß sich der Treibstoff verbrauch verringert. Als Energiespeicher für Kraftfahrzeuge sind insbesondere Schwungräder bekannt. Der Antrieb eines schwungradgetriebenen Kraftfahrzeugs umfaßt ein Schwungrad und ein stufenlos steuerbares Getriebe für die Energieübertragung zwischen Schwungrad und Fahrzeug. Der Antrieb des Schwungrades erfolgt entweder durch eine externe Energiequelle oder während der Fahrt durch einen mitgeführten Motor, v/obei der Motor nunmehr Reibungs- und Schwerkraftenergieverluste des Fahrzeugs auszugleichen hat (Zeitschrift AIAA Journal, VoI. 11, No. 3, März 1973, S. 278 bis 282).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine technisch einfache, energiespendende Nutzbremsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungs- oder Elektromotorantrieb zu schaffen und zugleich den Leerlaufenergieverbrauch während der Langsamfahrt bzw.
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während des Anhaltens (Wartens) zu vermindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als stufenlos steuerbares Getriebe zur Energieübertragung zwischen Schwungrad und Fahrzeug ein steuerbares Zugmittel-Reibgetriebe (Buch Technik-Lexikon Fahrzeugtechnik, Rowohlt-Verlag, Hamburg 1971, p. 491) vorgesehen ist. Die Beschleunigung bzw. Verzögerung des Fahrzeugs erfolgt erfindungsgemäß durch Steuerung des Übersetzungsverhältnisses des Reibgetriebes.
Gemäß der weiteren Erfindung ist ein Energiebilanzregler vorgesehen, der die Gesamtbewegungsenergie des Fahrzeugs, d.h. die Summe der Bewegungsenergien des Schwungrades (E- ) und des Fahrzeugs (En ) mißt und trotz Reibungs- und Schweikraftver-
S ist Flst
lusten auf einem vorgegebenen Sollwert (Ep + E_ ) ,, hält, in dem der Energlebiianzregler bei zu geringer Gesamtbewegungsenergie den Motor einschaliet und eine Kupplung vom Motor zum Schwungrad schließt. Auf diese Weise ist der Motor nur intermittierend in Betrieb, um Energieverluste des Fahrzeugs auszugleichen.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist zur Vorgabe des Sollwertes der Gcscimtbewegungsenergie (Ep+ E_ ) ., ein Sollwertgeber vorgesehen, dessen Vorgabewert
- beim Beschleunigen während der Fahrt bis zu einem oberen Grenzwert anwächst,
- während des fahrbereiten Haltens (Wartens) langsam bis zu einem unteren Grenzwert sinkt.
Auf diese Weise werden die Leerlauf-Reibungsverluste und damit der Energiebedarf des Fahrzeugs während des Wartens bzw. Langsamfahrens so klein wie möglich gehalten .
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist koaxial auf der Schwungradwelle ein kombinierter elektrischer Motor-Generator angeordnet, der im Fahrbetrieb elektrischen Strom erzeugt (Lichtmaschine)und der während des Anhaltens (Wartens) bzw. Langsamfahrens des Fahrzeugs als Hilfsmotor die Leerlaufdrehzahl des Schwingrades aufrechterhält. Auf diese Weise kann während des Wartens der Verbrennungsmotor abgeschaltet werden, wobei die sofortige Fahrbereitschaft dennoch erhalten bleibt.
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Gemäß der weiteren Erfindung sind im Schwungrad elektrochemische Akkumulatorzellen untergebracht, die im Fahrbetrieb aufgeladen werden und während des Anhaltens (Wartens) bzw. Langsamfahrens des Fahrzeugs zur Versorgung des elektrischen Hilfsmotors dienen können. Auf diese Weise wird die sonst tote Masse des Schwungrades als Energiespeicher genutzt.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß Zugmittel-Reibgetriebe die einfachsten in der Kraftfahrzeugtechnik gebräuchlichen stufeniosen Getriebe mit umkehrbarer Kraftflußrichtung sind. Weiterhin stellt der Energiebilanzregler einen minimalen Energiebedarf je Fahrstrecke sicher, so daß der Treibstoffverbrauch sowie die Motorleistung von Kraftfahrzeugen sowie die Folgebelastungen für die Umwelt gegenüber heute üblichen Werten auf einen Bruchteil gesenkt werden können, v/obei die Fahieigenschaften bis in den Geschwindigkeitsbereich des Stadt-lndividualverkehrs unverändert bleiben.
Darüber hinaus ist durch externen Eingriff in die Energie-Sollwertvorgabe eine physikalisch zwingende Höchstgeschwindigkeitsbegrenzung möglich, die als aktive Sicherheitsmaßnahme selbst durch vorsätzliches fahrerseitigss Fehlverhalten nicht umgangen werden kann.
Die fahrbetriebsverändarliche Sollwertvorgabe für die Gesamibewegungsenergie hat den Vorteil einer weiteren Senkung des Energiebedarfs durch Senkung der Leerlauf-Reibungsverluste. Die Einführung eines elektrischen Hilfsmotor-Generators und die Unterbringung von aufladbaren Elekirobotferien im Schwungrad ermöglichen den rein elektrischen Leerlaufbetrieb des Fahrzeugs bei abgeschaltetem Hauptmotor, so daß bei Langsamfahrt- und Wartesituai ionen im Stadtverkehr ein minimaler Treibstoff verbrauch und damit verbunden eine minimale Umweltbelastung resultiert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 Schematische Darstellung eines Nutzbremsantriebes
für Kraftfahrzeuge
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Das Schwungrad 1 ist über das Zugmittel-Reibgetriebe 2 mit der Abtriebswelle zum Fahrwerk 3 verbunden. Durch Betätigung des Fahrstetlers 4 wird das Übersetzungsverhältnis des Reibgetriebes 2 und damit die Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs willkürlich gesteuert. An der Schwungradwelle ist ein Meßgeber 5 für die Schwungradbewegungsenergie Ες angebracht. Ein weiterer Meßgeber 6 für die Fahrzeugbewegungsenergie En ist an der Abtriebswelle zum Fahrwerk angebracht. Der Energiebilanzregler 7 ver-
gleicht die Summe der Meßwerte der Meßgeber 5 und 6 mit einem fest vorgegebenen Sollwert der Gesamtbewegungsenergie (Ep + E- ) ... Im Falle zu geringer gemessener Bewegungsenergie steigert der Energiebilanzregler 7 die Leistung des Motors 10 und betätigt eine Kupplung 9 vom Motor 10 zum Schwungrad 1, woraufhin der Motor das Schwungrad beschleunigt. Nach dem Erreichen des Sollwertes der Gesamtenergie (E_ + E_ ) .. löst der Energiebilanzregler 7 die Kupplung 9 und verringert die Leistung des Motors 10.
Der Energiesollwert (E,. + E_ ) .. wird von der Sollwertvorgabe 8 in der Weise vorgegeben, daß er sich im Intervall zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert 8. 1 befindet und beim Beschleunigen während der Fahrt (8.2) anwächst, beim Anhalten (Warten) (8.3) abnimmt. Eine Fliehkraftkupplung 13 trennt den Nutzbremsantrieb (1,2,4 bis 12) bei sehr kleinen Fahrgeschwindigkeiten selbsttätig von der Abtriebswelle 3 zum Fahrwerk und verhindert somit ein Blockieren des Nutzbremsantriebes.
Im Schwungrad (2) sind elektro-chemische Akkumulatoren (11) untergebracht, die im Fährbetrieb von dem mit dem Schwungrad (1) koaxialen Eiektromoiro-Generator (12) aufgeladen werden und während des Haltens (Wartens) bzw. Langsamfahrens über den Elektromotor (12) die Leerlaufdrehzahl des Schwungrads (1) bei abgeschaltetem Hauptmotor (lO) aufrechterhalten.
In bezug auf die Wirkungsweise der Erfindung ist es gleichgültig, durch welche getriebstechnischen Maßnahmen eine gegenseitige Anpassung der Betriebsdrehzahlbereiche von Motor 10, Schwungrad 1 und Fahrwerk-Abtriebswelle 3 erreicht wird.
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Claims (5)

  1. 23325U
    Patentansprüche
    . Energiesparender Nutzbremsantrieb für Kraftfahrzeuge mit Schwungrad-Energiespeicherung,
    -^y dadurch gekennzeichnet, daß zur Energieübertragung zwischen Schwungrad (1) und Fahrwerk-Abtriebswelle (3) ein steuerbares Zugmittel-Reibgetriebe (2) vorgesehen ist.
  2. 2. Nutzbremsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Energiebilanzregler
    (7) vorgesehen ist, der die Gesamtbewegungsenergie des Fahrzeugs, d.h. die Summe der Bewegungsenergien des Schwungrades (E _ , 5) und des Fahrzeugs (En , 6) mißt und
    bI h[st
    Is [st
    auf einem vorgegebenen Sollwert ( (Ep + E_ ) .., 8 ) hält, in dem der Energiebilanzregler
    (7) bei zu geringer Gesamtbewegungsenergie den Motor (10) einschaltet und eine Kupplung (9) vom Motor (10) zum Schwungrad (1) schließt.
  3. 3. Nutzbremsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sollwertgeber
    (8) für die Vorgabe der Gesamfbewegungsenergie (Er + E-) ., vorgesehen ist, dessen Vor-
    I" j soll
    gabewert
    - beim Beschleunigen während der Fahrt (8.2) bis zu einem oberen Grenzwert (8.1) anwächst,
    - während dss fahrbereiten Haltens (Wartens) (8.3) bis zu einem unteren Grenzwert absinkt.
  4. 4. Nutzbremsantrieb nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial auf der Schwungradwelle (1) ein kombinierter Elektromotor-Generator (12) angeordnet ist.
  5. 5. Nutzbremsantrieb nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Schwungrad (1) elektro-chemische Akkumulatorzellen (11) untergebracht sind.
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    Leerseite
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