MIT EINEM SOLCHEN HILFSANTRIEBSSYSTEM

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hilfsantriebssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein vierrädriges Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor zum Antreiben mindestens eines Antriebsräderpaares. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug des zuvor kurz beschriebenen Typs, das mit dem erfinderischen Hilfsantriebssystem ausgestattet ist.

Bei der heutigen Entwicklung großer Ballungsräume kommt es leider häufig vor, dass das tägliche Fahrzeugaufkommen in einigen Abschnitten des Straßennetzes die Kapazität dieses Straßennetzes übersteigt. Unter diesen Voraussetzungen kommt es immer häufiger zu einer sogenannten „Straßenüberlastung", das heißt zu einem Zustand, bei dem die Auslastung des Straßennetzes immer weiter .steigt, bis es zunächst zu einem langsamen Fortbewegen und danach zur Bildung von Fahrzeugschlangen kommt, die sich unstetig (oder stoßweise) fortbewegen, mit mehr oder weniger langen Zeiträumen des Wartens ohne Fortbewegung.

Die zunehmende Luftverschmutzung durch die Abgase der Kraftfahrzeuge hängt auch mit diesen zunehmenden Straßenüberlastungen zusammen.

Denn in diesen Situationen bleiben zum einen die Fahrzeuge aufgrund der Verzögerung im Stau immer länger in Betrieb und stellen zum anderen sowohl das Anhalten bei laufendem Motor als auch das stoßweise langsame Fortbewegen Verwendungsphasen des Motors dar, die leider durch einen hohen Schadstoffausstoß gekennzeichnet sind.

Zur Eindämmung dieses Problems und in dem Versuch, den Schadstoffausstoß in den vorgenannten Stausituationen zu reduzieren, wird in Kraftfahrzeuge derzeit verbreitet eine Vorrichtung eingebaut, die unter der Bezeichnung „Start- Stopp" bekannt ist, da sie dafür sorgt, den Motor bei stehendem Fahrzeug automatisch auszuschalten und zum Wiederaufnehmen der Fortbewegung sofort wieder zu starten. Diese Vorrichtung tritt somit häufig im Verkehr in Aktion, gelegentlich aber auch in anderen Situationen, wie beispielsweise während eines Ampelstopps beim Warten auf grünes Licht. Diese bekannte Lösung löst jedoch das Problem des Schadstoffausstoßes bei stockendem Verkehr nicht. Die wiederholten Neustarts des Motors bei langen Fahrstrecken im Stau verursachen nämlich in jedem Fall einen nicht zu unterschätzenden Schadstoffausstoß . Darüber hinaus beinhaltet diese Lösung weitere sekundäre Nachteile. Zu diesen sekundären Nachteilen des Einbaus einer „Start- Stopp"-Vorrichtung in ein Fahrzeug gehören beispielsweise die notwendige Überdimensionierung der Batterie und der zum schnellen Neustarten des Motors eingesetzten mechanischen Bauteile .

Ausgehend von dieser bekannten Technik besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Hilfsantriebssystem für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, das es gestattet, die vorgenannten Nachteile sowohl unter funktionalen Gesichtspunkten als auch unter konstruktiven Gesichtspunkten auf einfache und wirtschaftliche Weise zu überwinden .

Aufgabe dieser Erfindung ist es insbesondere, ein Hilfsantriebssystem bereitzustellen, das es ermöglicht, den Schadstoffausstoß bei stockendem Verkehr oder Staus zu reduzieren .

Gemäß diesen Aufgaben bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Hilfsantriebssystem für ein

Kraftfahrzeug, insbesondere für ein vierrädriges Kraftfahrzeug, das mit einem Verbrennungsmotor zum Antreiben der Antriebsräder ausgestattet ist. Da Kraftfahrzeuge allgemein bekannt sind, wird auf ihre übrigen konstruktiven Merkmale nicht näher eingegangen, sondern nur die den Bodengruppe zum Tragen des Rahmens erwähnt, da diese, wie deutlich werden wird, das Aufnahmeelement für das erfindungsgemäße Hilfsantriebssystem bildet.

Im Besonderen umfasst das Hilfsantriebssystem:

- ein Hilfsrad, das die gleiche Form wie die Haupträder des Kraftfahrzeugs oder eine geringere Baugröße haben kann;

- einen Tragrahmen des Hilfsrades, der so ausgestaltet ist, dass er mit der Bodengruppe des Fahrzeugs verbunden werden kann, wobei unter Bodengruppe ein beliebiges, dem Erdboden zugewandtes konstruktives Teil des Kraftfahrzeugs verstanden wird;

- einen Hilfselektromotor zum Antreiben des Hilfsrades, wobei dieser Elektromotor auch direkt in die Nabe des Hilfsrades integriert sein kann.

Erfindungsgemäß ist das Hilfsrad in Bezug auf den Tragrahmen selektiv beweglich zwischen einer Nichtarbeitsstellung, in der das Hilfsrad bei an der Bodengruppe befestigtem Tragrahmen angehoben gehalten wird und den Erdboden nicht berührt, und einer Arbeitsstellung, in der das Hilfsrad bei an der Bodengruppe befestigtem Tragrahmen den Erdboden berührt.

Vorteilhafterweise kann das vom jeweiligen Elektromotor angetriebene Hilfsrad in der Arbeitsstellung das Fortbewegen des Kraftfahrzeugs auch bei deaktiviertem Verbrennungsmotor gewährleisten. Auf diese Weise wird bei kurzen Fahrstrecken, die typisch für den stoßweisen Verlauf bei Staus oder stockendem Verkehr sind, der Schadstoffausstoß auf annähernd null reduziert.

Wie oben angegeben, kann der Hilfselektromotor in das Hilfsrad integriert sein oder in einer anderen Stellung vom Tragrahmen getragen werden oder aber ein im Kraftfahrzeug bereits vorhandener Elektromotor sein.

Der vorgenannte Elektromotor kann durch eine Batterie gespeist werden, die ihrerseits vom Tragrahmen getragen wird oder aber eine im Kraftfahrzeug bereits vorhandene Batterie sein kann.

Der Übergang aus der Ruhestellung in die Arbeitsstellung (und umgekehrt) erfolgt unter der Steuerung einer Steuereinheit in Abhängigkeit von externen Parametern, die von geeigneten Sensoren gemessen werden oder von geeigneten im Kraftfahrzeug oder im Hilfsantriebssystem installierten Empfangsvorrichtungen empfangen werden. Darüber hinaus oder alternativ können Bedienelemente zum manuellen Einschalten des

HilfsantriebsSystems vorgesehen sein . Auch das Wiederherstellen des normalen Verbrennungsantriebs kann automatisch erfolgen, indem das Einschalten des Verbrennungsmotors (und das Ausschalten des Hilfsantriebssystems) beim Überschreiten eines FortbewegungsgeschwindigkeitsSchwellenwerts vorgesehen wird.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf das Hilfsantriebssystem, sondern erstreckt sich auch auf das wie oben beschriebene Kraftfahrzeug, welches das Hilfsantriebssystem umfasst.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor. In diesen zeigen:

- Figur 1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Hilfsantriebssystems für Kraftfahrzeuge;

- Figur 2 eine Seitenansicht des Hilfsantriebssystems aus Figur 1 in zwei alternativen Betriebskonfigurationen;

- die Figuren 3-6 schematisch, wie das Hilfsantriebssystem aus Figur 1 in ein Kraftfahrzeug eingebaut werden kann und wie es die Aufgabe des Hilfsantriebs erfüllt.

In Figur 1 ist schematisch mit dem Bezugszeichen 1 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hilfsantriebssystems angegeben. Gemäß diesem Beispiel umfasst das Hilfsantriebssystem 1 ein Hilfsrad 2, das von einer Gabel 3 getragen wird, die wiederum von einem Rahmen 4 getragen wird. Der Rahmen 4 umfasst im Besonderen eine Platte 5 mit Löchern, die dazu ausgestaltet ist, mit dem Unterboden oder der Bodengruppe eines Kraftfahrzeugs verbunden zu werden. Die Verbindung zwischen der Platte 5 und der Bodengruppe des Kraftfahrzeugs kann auf verschiedene Arten erfolgen, und in dem dargestellten Beispiel ist die Platte 5 mit Löchern 6 für eine Schraub oder Bolzenverbindung versehen. Wie oben angegeben, ist die Platte 5 mit einer durchgehenden Öffnung 7 ausgestattet. In dem angegebenen Beispiel haben sowohl die Platte 5 als auch die Öffnung 7 eine rechteckige Form, aber andere Formen können ebenfalls vorgesehen werden, sofern die Verbindung zwischen Platte und Bodengruppe stabil ist und die Öffnung das selektive Durchführen (wie im Folgenden deutlich wird) des Hilfsrades 3 und der entsprechenden Gabel 3 gestattet. Auf der einen Seite der Platte 5, insbesondere der Seite, die dazu bestimmt ist, nicht dem Straßenbelag zugewandt zu sein, wenn die Platte 5 im Kraftfahrzeug eingebaut ist, umfasst der Rahmen 4 eine Tragkonstruktion 8, an welche die Gabel 3 anscharniert ist. Wie in Figur 2 zu erkennen ist, ist die Gabel 3 an der Tragkonstruktion 8 mit Zapfen 9 befestigt, um welche die Gabel 3 zwischen zwei Stellungen drehen kann, und zwar einer ersten Stellung, in der sich das Hilfsrad 2 auf der in Bezug auf die Tragkonstruktion entgegengesetzten Seite im Wesentlichen vollständig jenseits der Platte 5 befindet, und einer zweiten Stellung, in der sich das Hilfsrad 2 auf der gleichen Seite wie die Tragkonstruktion 8 im Wesentlichen vollständig jenseits der Platte 5 befindet. In Figur 2 sind die beiden oben beschriebenen Stellungen schematisch dargestellt. Natürlich bewegen sich das Hilfsrad 2 und zumindest ein Teil der Gabel 3 während des Übergangs aus der ersten in die zweite Stellung durch die Öffnung 7 der Platte 5. In dem dargestellten Beispiel umfasst die Tragkonstruktion 8 zwei einander zugewandte und im rechten Winkel zur Platte verlaufende Wände zum Tragen 10 des Zapfens 9. Die Tragkonstruktion 8 umfasst ferner zwei Arme 11, die ebenfalls einander zugewandt sind und den äußeren Rand der Wände 10 mit der Platte 5 verbinden, wobei sie eine Aufnahme für das Hilfsrad 2 in der zweiten Stellung bilden. Aufgrund der Tatsache, dass das Hilfsrad 2 Aufwärts- und Abwärtsbewegungen jenseits der Öffnung 7 der Platte 5 vollführt, kann dieses Rad als „einziehbar" bezeichnet werden. In Figur 2 ist ferner schematisch mit dem Bezugszeichen 12 eine Motorisierung dargestellt, beispielsweise ein Elektromotor, der sowohl zum

Drehantreiben des Hilfsrades 2 als auch zum Steuern der

Bewegung der Gabel 3 ausgestaltet ist. Natürlich können alternative Ausführungen vorgesehen werden, bei denen die Bewegung der Gabel 3 von einem geeigneten Aktor gesteuert wird, der unabhängig vom Elektromotor zum Antreiben des Hilfsrades 2 ist. In dem Fall, in dem die Motorisierung 12 ein Elektromotor ist, kann eine geeignete Batterie (nicht dargestellt) vorgesehen werden, die vom Rahmen 4 getragen wird, oder können geeignete Verkabelungen vorgesehen werden, um den Elektromotor an die Batterie des Kraftfahrzeugs anzuschließen, das mit einem Hilfsantriebssystem 1 versehen ist. Die jeweiligen Funktionen des Hilfsrades 2 in den beiden Betriebsstellungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren 3-6 deutlicher hervor. Im Besonderen zeigt Figur 3 das Hilfsantriebssystem der Figuren 1 und 2, das in ein entsprechendes Kraftfahrzeug, beispielsweise einen Personenkraftwagen 13, eingebaut ist. Der Einbau des Hilfsantriebssystems 1 sieht vor, dass die Platte 5 an der Bodengruppe 14 des Personenkraftwagens derart befestigt wird, dass der Rahmen 4 aus der Platte auf der zum Erdboden 15 zum Aufsetzen der Räder 16 entgegengesetzten Seite herausragt. Der Rahmen 4 erstreckt sich bevorzugt im rechten Winkel zur Platte 5, so dass er keine wesentlichen konstruktiven Änderungen des Personenkraftwagens 13 erfordert und in bereits vorhandenen Hohlräumen aufgenommen werden kann. Alternativ ist es möglich, einen Sitz vorzusehen, der eigens in der Bodengruppe 14 ausgebildet wird, um den Rahmen 4 aufzunehmen. In Figur 3 ist das Hilfsantriebssystem 1 schematisch als entlang der Mittellinie oder Längsachse des Personenkraftwagens 13 eingebaut dargestellt. Die Position des Hilfsantriebssystems 1 in Bezug auf die Bodengruppe 14 kann jedoch beliebig sein, da für die Stabilität des Personenkraftwagens 13 gegenüber dem Erdboden 15 in jedem Fall immer die Räder 16 sorgen. In Figur 1 ist ein einziges Hilfsantriebssystem 1 dargestellt, aber in alternativen Ausführungen, beispielsweise im Fall von besonders schweren Personenkraftwagen, können zwei oder mehr Hilfsantriebssysteme vorgesehen werden, die mit derselben Bodengruppe 14 verbunden sind. In Figur 3 ist das Hilfsantriebssystem 1 in der Konfiguration der ersten Stellung gezeigt, die auch als Arbeitsstellung bezeichnet werden kann. In dieser Konfiguration, die auch in Figur 4 schematisch dargestellt ist, hat das Hilfsrad 2 Kontakt zum Erdboden 15 und wird von der Gabel 3 getragen, die auf der zum Rahmen 4 entgegengesetzten Seite aus der Platte 5 herausragt. In Figur 4 stellen die gestrichelten Linien 15 und 14 schematisch den Erdboden dar, auf dem sowohl die Räder 16 als auch das Hilfsrad 2 ruhen, und die Bodengruppe 14. Die Gabel 3 kann natürlich mit federnden und dämpfenden

Mitteln versehen sein, wie sie üblicherweise an den Haupträdern 16 eingebaut sind, die jedoch der Einfachheit halber in den Figuren nicht eingezeichnet sind. In der Konfiguration von Figur 3 ist die Hauptmotorisierung des Personenkraftwagens 13, das heißt der entsprechende Verbrennungsmotor, nicht in Betrieb und sorgt für das Fortbewegen des Personenkraftwagens 13 der Elektromotor 12, der das Hilfsrad 2 antreibt.

Figur 5 zeigt den Personenkraftwagen 13 aus Figur 3, wobei das Hilfsrad 2 in der zweiten Stellung in Bezug auf die Platte 5 ist, eine zweite Stellung, die als Nichtarbeitsstellung bezeichnet werden kann. In dieser Figur 5 ebenso wie in der schematisch dargestellten Figur 6 ist das Hilfsrad 2 annähernd vollständig im Rahmen 4 aufgenommen, der auf der dem Boden 15 entgegengesetzten Seite aus der Platte 5 herausragt. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung erfordert diese zweite Nichtarbeitsstellung jedoch nicht unbedingt, dass das Rad vollständig im Innern der Bodengruppe 14 aufgenommen ist, sondern ist es ausreichend, dass die Gabel 3 in Bezug auf die Platte 5 in einer derartigen Stellung angeordnet ist, dass das Hilfsrad 2 in Bezug auf den Erdboden 15 angehoben wird. Natürlich muss die Hubdistanz derart sein, dass unbeabsichtigte Kollisionen des Hilfsrades 2 mit dem Erdboden 15 verhindert werden. In dieser zweiten Stellung sorgt selbstverständlich die mit den Haupträdern 16 verbundene Motorisierung, beispielsweise der oben erwähnte Verbrennungsmotor, für das Fortbewegen des Personenkraftwagens 13 und ist der mit dem Hilfsrad 2 verbundene Elektromotor 12 nicht in Betrieb.

Das Einschalten des Hilfsantriebssystems 1 kann gemäß verschiedenen Steuerlogiken erfolgen, die in ein spezielles Steuergerät oder in das im Personenkraftwagen vorhandene Hauptsteuergerät implementiert sind. Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Emissionen bei Staus oder stockendem Verkehr, die durch längere Standzeiten und Abschnitte mit stoßweiser Fortbewegung gekennzeichnet sind, zu reduzieren. Eine mögliche Steuerlogik des Hilfsantriebssystems 1 kann ein automatisches Einschalten vorsehen, das beispielsweise an externe Parameter geknüpft ist, die von geeigneten Sensoren gemessen werden, oder in Abhängigkeit von einem externen Signal, das von einer geeigneten Empfangsvorrichtung empfangen wird, gesteuert wird. Eine Ausführungsform dieser Art kann vorsehen, dass das Kraftfahrzeug mit einer (an sich bekannten) GPS-Vorrichtung ausgestattet ist, die in der Lage ist, in Echtzeit Signale über die Verkehrslage zu empfangen, und dass das Einschalten des Hilfsantriebssystems 1 eben an diese Verkehrsinformation geknüpft ist. Wenn es zum häufigen Anhalten des Personenkraftwagens kommt und die GPS-Vorrichtung bestätigt, dass sich der Personenkraftwagen tatsächlich auf einer Strecke mit stockendem Verkehr befindet, sorgt das Hilfsantriebssystem 1 dafür, sich beim nächsten Anhalten des Personenkraftwagens automatisch einzuschalten. Das Einschalten sieht den Übergang aus der Konfiguration von Figur 5 zu der von Figur 3, das Ausschalten des Hauptverbrennungsmotors und das Einschalten des mit dem Hilfsrad verbundenen Elektromotors vor. Die Steuerung der Dynamik der Fortbewegung, beispielsweise die Phasen des Beschleunigens und Bremsens des Hilfsrades, können mit Bedienelementen erfolgen, die vom Benutzer betätigbar sind, beispielsweise über die Hauptpedale oder einfache Bedienelemente am Lenkrad. Auch die Wiederherstellung der Hauptmotorisierung und das Ausschalten des Hilfsantriebssystems 1 können automatisch erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, beim Überschreiten eines bestimmten Fortbewegungsgeschwindigkeitswerts des Personenkraftwagens das automatische Einschalten des Verbrennungsmotors, das Ausschalten des Elektromotors des Hilfsrades und den Übergang aus der Konfiguration von Figur 3 zu der von Figur 5 mit angehobenem Hilfsrad vorzusehen.

Gemäß einer alternativen Lösung kann das Einschalten des Hilfsantriebssystems 1 gesteuert durch den Fahrer des Fahrzeugs manuell erfolgen. Natürlich ist es möglich, Sicherheitsalgo.rithmen vorzusehen, die in der Lage sind, diese manuelle Steuerung zu blockieren, wenn sie unter nicht optimalen Bedingungen betätigt wird, beispielsweise bei fahrendem Fahrzeug.

Schließlich ist offensichtlich, dass an dem beschriebenen Hilfsantriebssystem Änderungen und Varianten vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der beiliegenden Patentansprüche zu verlassen.