Antriebssystem für den Einsatz in Fahrzeugen und Verfahren zur Optimierung des

Anfahrvorganges in Fahrzeugen

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für den Einsatz in Fahrzeugen, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ; ferner ein

Verfahren zur Optimierung des Anfahrvorganges in Fahrzeugen mit einem solchen Antriebssystem.

Antriebssysteme für Fahrzeuge sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Diese umfassen in der Regel eine Antriebsmaschine, welche über eine Drehzahl- /Drehmomentwandlungseinrichtung in Form eines Getriebes mit den anzutreibenden Rädern gekoppelt ist. Dabei umfassen die Getriebe sogenannte Anfahrelemente, welche zum Anfahren und in den untersten Fahrbereichen, das heißt bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten, die Leistungsübertragung zu nachfolgenden Gangstufen übernehmen. Die Anfahrelemente können verschiedenartig ausgeführt sein. Insbesondere bei Automatgetrieben sind Ausführungen mit hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler, auch kurz hydrodynamischer Wandler genannt, vorbekannt.

Es ist jedoch auch denkbar, als Anfahrelement eine hydrodynamische Kupplung gemäß der Offenlegungsschrift WO 00/55527 einzusetzen. Derartige Ausführungen umfassen eine hydrodynamische Kupplung mit mindestens einem Primärrad (auch Pumpenrad) und einem Sekundärrad (auch Turbinenrad), die einen mit Betriebsmittel befüllbaren Arbeitsraum bilden.

Wie aus den Druckschriften DE 100 46 834 und DE 100 42 865 A1 bekannt ist, kann die Leistungsaufnahme der hydrodynamischen Kupplung durch die änderung des Füllungsgrades, insbesondere mittels einer Füllungsgradsteuerung, erfolgen. Dadurch ist es möglich, die Leistungsübertragung optimal an die Erfordernisse des Einzelfalles anzupassen.

Das von der hydrodynamischen Kupplung aufnehmbare beziehungsweise durch diese übertragbare Moment richtet sich zum einen nach dem Drehzahlverhältnis zwischen dem Primärrad und Sekundärrad sowie nach den äußeren Abmessungen des Primärrades beziehungsweise des Sekundärrades, insbesondere dem Außendurchmesser des mit Betriebsmittel befüllbaren Arbeitsraumes.

Es hat sich gezeigt, dass mit den bisher in einer Getriebebaueinheit eingesetzten Anfahrelementen die theoretisch bereitstellbare Gesamtleistung der Antriebsmaschine häufig nicht in jedem Betriebsbereich, insbesondere im zeitlich letzteren Bereich während des Anfahrvorganges, der mittels der hydrodynamischen Maschine vorteilhaft verschleißfrei bewirkt wird, ausgenutzt werden kann. Die mögliche Leistungsaufnahme von herkömmlich verwendeten Anfahrelementen, die möglichst - insbesondere bei Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine - mit vollgefülltem Arbeitsraum betrieben werden, ist auf die bei der entsprechenden Drehzahl der Antriebsmaschine - insbesondere bei Leerlaufdrehzahl - von der Antriebsmaschine bereitgestellte Antriebsleistung angepasst. Mit zunehmender Drehzahl nimmt jedoch die von der Antriebsmaschine zur Verfügung stellbare Antriebsleistung stärker zu als die von der hydrodynamischen Maschine des Anfahrelementes mittels deren

Arbeitsmediumkreislauf übertragbare Leistung, so dass es nicht möglich ist, während des gesamten Anfahrvorgangs mittels der hydrodynamischen Maschine das theoretisch maximal von der Verbrennungskraftmaschine abgebbare Moment auf das Getriebe zu übertragen. Dies führt dazu, dass zum einen der Anfahrvorgang mit wesentlich geringerem Moment bei den sich einstellenden

Drehzahlen erfolgt, als die Antriebsmaschine zu liefern in der Lage ist, und damit auch weniger Leistung aufgenommen und übertragen werden kann, wodurch der gesamte Anfahrvorgang quasi langsamer vonstatten geht. Zum anderen liegen die sich einstellenden Betriebspunkte nicht im Bereich des geringsten Verbrauches, was sich negativ auf den Gesamtkraftstoffverbrauch auswirkt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass diese Nachteile vermieden werden und der Anfahrvorgang hinsichtlich der zur Verfügung stehenden Leistung der Antriebsmaschine optimiert wird. Die erfindungsgemäße Lösung soll sich dabei durch einen geringen konstruktiven und steuerungstechnischen Aufwand auszeichnen.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Ein Antriebssystem für den Einsatz in Fahrzeugen mit einer Antriebsmaschine und mindestens einer Anfahreinheit, umfassend ein Anfahrelement in Form einer hydrodynamischen Kupplung ist erfindungsgemäß dadurch charakterisiert, dass die hydrodynamische Kupplung derart dimensioniert und ausgelegt ist, dass diese mit einem reduzierten Füllungsgrad FG _re d-max, das heißt einem Füllungsgrad von weniger als 100 %, insbesondere im Bereich von 30 % bis 70 %, vorzugsweise im Bereich von 40 % bis 60 %, besonders bevorzugt von 50 % oder weniger, jeweils bezogen auf den maximal möglichen Füllungsgrad (FG _max = 100 %), Betriebspunkte im Bereich der maximalen Leistungskurve der Antriebsmaschine bei niedrigen Drehzahlen, insbesondere Leerlaufdrehzahl, erzielt. Unter „Betriebspunkte erzielen" ist dabei zu verstehen, dass die hydrodynamische Kupplung, welche im Gegensatz zu einem hydrodynamischen Wandler ausschließlich ein beschaufeltes Pumpenrad und ein beschaufeltes Turbinenrad aufweist und frei von einem feststehenden oder umlaufenden Leitrad ist, in der Lage ist, bei der von der Antriebsmaschine vorgegebenen Drehzahl das von der Antriebsmaschine auf das Pumpenrad (Primärrad) übertragene Moment mittels dem Arbeitsmediumkreislauf in der hydrodynamischen Kupplung auf das Turbinenrad (Sekundärrad) zu übertragen. Somit kann bereits mit einer teilgefüllten hydrodynamischen Kupplung das maximal von der Antriebsmaschine bei dieser Drehzahl, insbesondere bei Leerlaufdrehzahl, bereitstellbare Moment MvKMmax übertragen werden.

Alternativ ist auch eine Reduzierung der Leistungsübertragung beziehungsweise der Drehmomentübertragung mittels der hydrodynamischen Kupplung durch mechanische Einbauten, die in den Arbeitsmediumkreislauf im Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung einbringbar sind, möglich, um die

Leistungsaufnahme der hydrodynamischen Kupplung auf die maximal von der Antriebsmaschine bei Leerlaufdrehzahl beziehungsweise bei niedriger Drehzahl bereitstellbare Leistung beziehungsweise das Moment auf das von der Antriebsmaschine bei dieser Drehzahl bereitstellbare Moment zu begrenzen. Um die Leistungsaufnahme der hydrodynamischen Kupplung bei einer von der

Antriebsmaschine vorgegebenen Drehzahl gegenüber der maximal bei dieser Drehzahl möglichen Leistungsaufnahme zu begrenzen, kann beispielsweise wenigstens ein Körper in den Strömungskreislauf im Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung eingeschoben oder anderweitig eingebracht werden, um den Strömungskreislauf zu stören und damit die mit dem Strömungskreislauf übertragbare Leistung beziehungsweise das übertragbare Moment gegenüber jener/jenem eines ungestörten Strömungskreislaufes zu reduzieren. Dieses Einbringen von einem oder mehreren Körpern in den Strömungskreislauf im Arbeitsraum kann alternativ oder zusätzlich zu der Füllungsgradreduzierung vorgesehen werden.

Da die hydrodynamische Kupplung somit bereits bei einer gezielt vorgenommenen Reduzierung der Leistungsaufnahme die bei Leerlaufdrehzahl von der Antriebsmaschine maximal erzeugbare Leistung aufnehmen kann, ist die hydrodynamische Kupplung somit überdimensioniert, insbesondere um mehr als 30 %, vorzugsweise bis ca. 50 % hinsichtlich der von ihr bei Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine theoretisch übertragbaren Leistung. Bei einer Leistungsreduzierung durch eine Reduzierung des Füllungsgrades wird die hydrodynamische Kupplung somit bei Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine und insbesondere im Bereich von 100 % bis 70 % Schlupf lediglich mit einem reduzierten Füllungsgrad FG _rβd betrieben. Der maximale Füllungsgrad FG _ma χVon 100 % wird entweder nie oder - und das ist die Regel - zumindest nicht bei

Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine beziehungsweise beim Anfahrvorgang im Bereich von 100 % bis 70 % Schlupf in der hydrodynamischen Kupplung eingestellt, da in diesem Fall ein Abwürgen der Antriebsmaschine bewirkt werden könnte.

In anderen Worten, zumindest zu Beginn eines Anfahrvorganges, das heißt, wenn die Räder des Fahrzeugs und damit das über das Getriebe mit den Rädern verbundene Turbinenrad der hydrodynamischen Kupplung stehen oder mit kleiner Drehzahl umlaufen (letzteres zum Beispiel beim Anfahren aus einem Rollzustand des Fahrzeugs), wird die hydrodynamische Kupplung teilgefüllt betrieben, bis ein vorgegebener kleinerer Schlupfwert in der hydrodynamischen Kupplung beispielsweise von 70% erreicht wird, weil das Fahrzeug beziehungsweise das Turbinenrad auf eine höhere Drehzahl beschleunigt worden ist. Zusätzlich oder alternativ erfolgt die vorgegebene Reduzierung der Leistungsaufnahme der hydrodynamischen Kupplung durch mechanische Einbauten.

Ob und wann (ab welchem Schlupfzustand) die hydrodynamische Kupplung mit einer maximalen Leistungsaufnahme, insbesondere einem maximalen Füllungsgrad, das heißt vollgefüllt betrieben wird, hängt von dem von der Antriebsmaschine auf die hydrodynamische Kupplung übertragbaren Drehmoment ab. Die Füllung des Arbeitsraums in der hydrodynamischen Kupplung wird idealerweise stets derart eingestellt, dass in jedem Betriebszustand beziehungsweise bei jeder Drehzahl das maximal von der Antriebsmaschine bereitstellbare Drehmoment vom Pumpenrad auf das Turbinenrad über den Arbeitsmediumkreislauf in der hydrodynamischen Kupplung übertragen wird.

Dies bedeutet, dass die Kupplungskennlinie für einen Füllungsgrad von weniger als 100 %, vorzugsweise weniger als 70 %, besonders bevorzugt weniger als 50 %, die Maximalleistungskurve der Antriebsmaschine im Bereich kleinerer Drehzahlen, beispielsweise bis ca. 1000 U/min ^'1 , speziell für aufgeladene Motoren, insbesondere im Bereich der Leerlaufdrehzahl, schneidet.

Mit Schlupf wird vom Fachmann der Drehzahlunterschied zwischen dem Primärrad und dem Sekundärrad der hydrodynamischen Kupplung beschrieben. 100 % Schlupf bedeutet, dass das Sekundärrad stillsteht, während das Primärrad umläuft. 0 % Schlupf bedeutet, dass das Primärrad und das Sekundärrad mit derselben Drehzahl umlaufen.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass das maximale, theoretisch bereitstellbare Moment der Antriebsmaschine auf jeden Fall ausgenutzt werden kann. Hierzu wird eine Antriebsmaschine mit einer hydrodynamischen Kupplung kombiniert, welche Kupplung nach bisherigen Auslegungskriterien „zu groß" für die Antriebsmaschine war. Durch Reduzieren des Füllungsgrads beim Anfahren beziehungsweise im Leerlauf kann jedoch verhindert werden, dass ein zu großes „Reaktionsmoment", gegen welches die Antriebsmaschine mit ihrem maximal zur Verfügung stellbaren Antriebsmoment arbeitet, die Antriebsmaschine überlastet.

Die Erfindung nutzt dabei die Erkenntnis, dass der Momentenanstieg eines Verbrennungsmotors nicht in der gleichen Form wie bei einem hydrodynamischen Wandler oder einer hydrodynamischen Kupplung verläuft. Bei der hydrodynamischen Kupplung ist der Anstieg eine Funktion zweiter Ordnung von der Drehzahl. Wenn man nun auf eine minimale Leistungsaufnahme der hydrodynamischen Kupplung im vollgefüllten Zustand bei Leerlaufdrehzahl Rücksicht nehmen muss, so ist es nicht möglich, das maximale, theoretisch bereitstellbare Moment der Antriebsmaschine beim Anfahren bei allen Drehzahlen zu nutzen.

Die erfindungsgemäße Auslegung bietet daher den Vorteil, dass die theoretisch mögliche maximal bereitstellbare Motorleistung, insbesondere das Motormoment, zum Anfahren bei niedrigen Drehzahlen genutzt werden kann, wobei die Verlustleistung dabei sehr gering gehalten und der Kraftstoffverbrauch ebenfalls optimiert werden kann. Ferner ist mit einer derartigen Auslegung eine

Kompensation mechanischer übersetzungen möglich, da das maximale,

theoretisch zur Verfügung stehende Motormoment bei einer bestimmten Drehzahl zur Verfügung steht.

Die Auslegung der hydrodynamischen Kupplung erfolgt dabei im wesentlichen hinsichtlich der Geometrie des Arbeitsraumes, welche einen sehr starken Einfluss auf das aufnehmbare Moment besitzt. Ferner werden in Abhängigkeit von dem funktionalen Zusammenhang zwischen der Geometrie, den Drehzahlen und dem aufnehmbaren Moment die theoretisch für die einzelnen Füllungsgrade vorliegenden Kennlinien erstellt und in einer entsprechenden Steuerung hinterlegt. Unter Zuhilfenahme dieser Steuerung wird die erfindungsgemäß gestaltete hydrodynamische Kupplung zu Beginn des Anfahrvorgangs lediglich mit dem maximal reduzierten Füllungsgrad FG _red -m _a x betrieben. Dies entspricht dem Füllungsgrad, mit welchem ein Betrieb und eine Leistungsübertragung im Antriebssystem gerade noch möglich ist, ohne dass die Antriebsmaschine abgewürgt wird, da anderenfalls die Leistungsaufnahme durch die hydrodynamische Kupplung zu hoch wäre.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Figur 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung den

Grundaufbau eines erfindungsgemäß gestalteten Antriebssystems;

Figur 2 verdeutlicht anhand eines Diagramms die Zusammenarbeit zwischen einer Antriebsmaschine und einer hydrodynamischen Kupplung gemäß der Erfindung bei theoretisch maximal möglichem Füllungsgrad FG _ma χVon 100 % und dem reduzierten Füllungsgrad ro _r ed-max!

Figur 3 verdeutlicht einander gegenübergestellt das Zusammenwirken zwischen Antriebsmaschine und einer Ausführung gemäß dem

Stand der Technik, im hydrodynamischen Wandler und einer erfindungsgemäß gestalteten hydrodynamischen Kupplung;

Figur 4 verdeutlicht anhand eines Signalflussbildes ein Verfahren zur Optimierung des Anfahrvorganges in einem Fahrzeug mit einem erfindungsgemäß gestalteten Antriebssystem.

Die Figur 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung ein erfindungsgemäß gestaltetes Antriebssystem 1 , insbesondere zum Antrieb von Fahrzeugen mit einer erfindungsgemäß ausgelegten hydrodynamischen Kupplung 2 als Anfahrelement 3. Das Antriebssystem umfasst eine Antriebsmaschine 4 in Form einer Verbrennungskraftmaschine 5, welche über die hydrodynamische Kupplung 2 mit den anzutreibenden Rädern wenigstens mittelbar, das heißt vorliegend über weitere übertragungselemente, beispielsweise in Form eines Getriebes, verbindbar ist. Dabei erfolgt zumindest für einen Betriebsbereich in Form des Anfahrvorganges die Leistungsübertragung zwischen der Antriebsmaschine 4 und den anzutreibenden Rädern über die hydrodynamische Kupplung 2. In den übrigen Betriebsbereichen kann die hydrodynamische Kupplung entweder im Leistungsfluss umgangen oder aber durch überbrückung aus dem Leistungsfluss entnehmbar sein.

Die hydrodynamische Kupplung 2 ist befüll- und entleerbar. Vorzugsweise ist diese ferner steuerbar und/oder regelbar, das heißt der Füllungsgrad (FG) ist gezielt einstellbar.

Die hydrodynamische Kupplung 2 umfasst zumindest ein Primärrad 6 (auch Pumpenrad genannt), welches mit der Antriebsmaschine 4 wenigstens mittelbar verbindbar ist, das heißt entweder mit dieser drehfest verbunden ist oder aber von dieser entkoppelbar ist, und ein Sekundärrad 7 (auch Turbinenrad genannt), welches mit einem Abtrieb 8, der mit den anzutreibenden Rädern drehfest verbindbar, vorzugsweise verbunden ist, wenigstens mittelbar verbindbar ist. Primärrad 6 und Sekundärrad 7 bilden miteinander einen mit Betriebsmittel

befüllbaren Arbeitsraum 9 aus, welcher mit einem

Betriebsmittelversorgungssystem 10, welches hier nur schematisch angedeutet ist und verschiedenartig ausgeführt sein kann, verbunden ist. Erfindungsgemäß ist die hydrodynamische Kupplung 2 derart ausgelegt, dass diese bei Vollfüllung, das heißt bei FG _max und 100% Schlupf zwischen dem Primärrad 6 und dem

Sekundärrad 7, das heißt bei einem Drehzahlverhältnis v = — von 0 ein Moment n _P

M _2a uf aufnehmen kann, welches größer ist als das von der Antriebsmaschine 4 theoretisch abgebbare maximale Moment M _V κMab-max-

Um zu einer derart ausgelegten hydrodynamischen Kupplung 2 zu gelangen, werden die das aufnehmbare Moment bestimmenden Größen entsprechend ausgewählt, wobei im wesentlichen die Größe des Arbeitsraumes 9 eine Rolle spielt, die sich wiederum im Durchmesser, insbesondere dem Außendurchmesser D des Primärrades, niederschlägt. Die Auslegung der hydrodynamischen Kupplung 2 ist ferner eine Funktion des Außendurchmessers d _A des

Arbeitsraumes 9, des Innendurchmessers dj des Arbeitsraumes 9 und der Breite B des Arbeitsraumes 9.

Durch die beschriebene für den Anfahrvorgang bei Leerlaufdrehzahl für die Antriebsmaschine 4 zu große Auslegung der hydrodynamischen Kupplung 2 wird das maximal zur Verfügung stehende Moment der Antriebsmaschine 4 in jedem Betriebsbereich ausgenutzt. Je nach Auslegung der hydrodynamischen Kupplung 2 und Einstellung des Füllungsgrades soll dabei das von der Antriebsmaschine 4 bereitstellbare maximale Moment bei der kleinsten Motordrehzahl nVKM _Mm in übertragen werden können. Die notwendige Motordrehzahl nVKM während des Anfahrvorganges kann dabei minimiert werden. Ferner besteht ein wesentlicher Vorteil darin, dass mit einer derartigen Auslegung auch mechanische übersetzungen kompensierbar sind, da das maximal bereitstellbare Moment MvKMab-max der Antriebsmaschine 4 am Getriebeeingang zur Verfügung steht.

Die Steuerung der hydrodynamischen Kupplung 2 kann vielfältig erfolgen, weshalb hier im einzelnen nicht darauf eingegangen werden muss. Als Stellgröße für die Einstellung des aufnehmbaren und damit auf das Sekundärrad 7 übertragbaren Momentes M _2a uf fungiert vorzugsweise der Füllungsgrad FG. Bezüglich der Steuerung des Füllungsgrades FG bestehen ebenfalls eine Vielzahl von Möglichkeiten. Die tatsächliche Steuerung hängt im wesentlichen von der Ausführung des Betriebsmittelversorgungssystems und der Kreislaufkonfiguration ab. Im einfachsten Fall wird der Füllungsgrad durch Aufbringen eines statischen überlagerungsdruckes variiert. Andere Ausführungen sind denkbar.

Der hydrodynamischen Kupplung ist beispielsweise eine Steuer- und/oder Regelvorrichtung 11 zugeordnet. Diese umfasst eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 12, welche verschiedenste Eingangsgrößen verarbeitet und in Abhängigkeit dieser und der gewünschten Steuer- und Regelstrategie die Stellgröße y zur Ansteuerung einer Stelleinrichtung 13 der hydrodynamischen

Kupplung 2 bereitstellt. Die Stelleinrichtung 13 kann beliebig ausgeführt sein. Dies hängt wiederum davon ab, auf welche Art und Weise der Füllungsgrad eingestellt werden soll. Im einfachsten Fall handelt es sich hierbei jeweils um Ventileinrichtungen oder andere Aggregate. Da dies im Ermessen des zuständigen Fachmannes liegt, wird hier im einzelnen nicht näher darauf eingegangen.

Zur Verhinderung des überschreitens des Füllungsgrades FG _rβ d zumindest im Anfahrbereich, das heißt bei einem Drehzahlverhältnis von v < 0,5 kann eine Füllungsgradbegrenzungseinrichtung vorgesehen werden. Diese Funktion kann auch in der der hydrodynamischen Kupplung zugeordneten Steuereinrichtung integriert sein.

Die Figur 2 verdeutlicht anhand eines Drehzahl-/Drehmomentdiagramms die Zusammenarbeit einer hydrodynamischen Kupplung mit einer Antriebsmaschine. Die Kennlinie I verdeutlicht dabei die Volllastkennlinie der Antriebsmaschine, das heißt die Maximalleistungskurve. Die Kennlinie Il verdeutlicht das aufnehmbare

Moment M _2a uf der hydrodynamischen Kupplung, insbesondere das vom Primärrad auf das Sekundärrad übertragbare Moment bei maximalem Füllungsgrad FG _max , das heißt 100 % Befüllung. Daraus ist ersichtlich, dass über die Drehzahl n betrachtet mit vollgefüllter hydrodynamischer Kupplung bei 100 % Schlupf zu keinem Zeitpunkt eine Leistungsübertragung über die hydrodynamische Kupplung möglich wäre. Die Verbrennungskraftmaschine würde nämlich abgewürgt.

Die Kennlinie III verdeutlicht das mit einer erfindungsgemäß dimensionierten und beim Anfahrvorgang teilgefüllten hydrodynamischen Kupplung aufnehmbare Moment, bei beispielsweise 50 %-iger Füllung. Dieser Füllungsgrad FGs _O % entspricht einem sogenannten reduzierten Füllungsgrad FG _rec j. Der maximale reduzierte Füllungsgrad FG _red - _ma χ ist daher der Füllungsgrad, mit welchem gerade noch eine Leistungsübertragung ohne Abwürgen der Antriebsmaschine möglich ist. Der maximale reduzierte Füllungsgrad FG _red - _ma x liegt zwischen 40 - 70 %, vorzugsweise bei oder unter 50 %.

Der maximale reduzierte Füllungsgrad FG _red -m _a χWird während des Betriebes des Antriebssystems so lange nicht überschritten, wie das von der Antriebsmaschine abgebbare Moment kleiner ist als das von der hydrodynamischen Kupplung bei diesem Füllungsgrad aufnehmbare Moment. Der Stelleinrichtung ist daher vorteilhaft eine Füllungsgradbegrenzungseinrichtungseinrichtung zugeordnet. Die Begrenzung des Füllungsgrades des Arbeitsraums der hydrodynamischen Kupplung braucht erfindungsgemäß nicht auf einen konstanten vorgegebenen Wert erfolgen, sondern kann dynamisch auf einen variablen Wert erfolgen, welcher insbesondere in jedem Betriebszustand dem maximal von der Antriebsmaschine abgebbaren Moment beziehungsweise dem von der Antriebsmaschine tatsächlich abgegebenen Moment bei der vorherrschenden Drehzahl entspricht.

Um die Regelung des Füllungsgrades der hydrodynamischen Kupplung zu vereinfachen, ist es alternativ jedoch auch möglich, in einem bestimmten

Betriebsbereich den Füllungsgrad auf den maximal reduzierten Füllungsgrad FGred-max zu begrenzen, wobei dieser Wert dann konstant gehalten werden kann, und insbesondere im übrigen Betriebsbereich die Füllungsgradbegrenzung mittels der Füllungsgradbegrenzungseinrichtung aufzuheben.

Aus der Figur 2 ist ersichtlich, dass die Maximalleistungskennlinie der Verbrennungskraftmaschine und damit das maximal aufnehmbare Moment, welches einem maximal von der Verbrennungskraftmaschine abgebbaren Moment Mvw-ab-maχ entspricht, bereits bei sehr geringen Drehzahlen, hier n _V κMi, erreicht werden kann. Zum Vergleich verdeutlicht dabei die Figur 3 anhand des Drehzahl- /Drehmomendiagrammes die Leistungskennlinie IV eines hydrodynamischen Wandlers. Hier ist die Drehzahl, bei welcher der hydrodynamische Wandler das maximal von der Brennkraftmaschine abgebbare Moment aufnehmen kann, deutlich höher.

Erkennbar ist in beiden Figuren, dass der Momentenanstieg einer Verbrennungskraftmaschine nicht in der gleichen Form verläuft, wie bei einem hydrodynamischen Element, insbesondere der hydrodynamischen Kupplung. Bei dieser ist der Anstieg eine Funktion zweiter Ordnung von der Drehzahl, insbesondere der Drehzahl des Primärrades. Wenn man nun auf die minimale Leistungsaufnahme bei Leerlaufdrehzahl Rücksicht nehmen muss, um das aufnehmbare Moment zu erreichen, welches dem maximal von der Antriebsmaschine abgebbaren Moment MvκM- _at> -m _a χ entspricht, so kann mit hydrodynamischen Kupplungen, die bei Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine vollgefüllt betrieben werden, oder mit hydrodynamischen Wandlern nicht in allen Drehzahlbereichen das maximal von der Antriebsmaschine abgebbare Moment von der Kupplung beziehungsweise dem Wandler aufgenommen und auf die Abtriebsseite übertragen werden.

Daher wird erfindungsgemäß die hydrodynamische Kupplung 2, wie sie beispielsweise in der Figur 1 dargestellt ist, quasi überdimensioniert, so dass diese bereits bei Drehzahlen des Primärrades 6 entsprechend der

Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine 4 beziehungsweise in Abhängigkeit hiervon bei Berücksichtigung von zwischengeschalteten übersetzungen zwischen der Antriebsmaschine 4 und dem Primärrad 6, das von der hydrodynamischen Kupplung 2 aufnehmbare Moment beziehungsweise die aufnehmbare Leistung jenem/jener der Antriebsmaschine 4 entspricht, so dass der Antriebsmaschine 4 ermöglicht wird, ihr maximal mögliches Moment MvKMab abzugeben.

Allgemein bestimmt sich die Aufnahmeleistung des Primärrades 6

Pp = λ - p - d ^{5 ■} (O _p . mit

Pp = vom Primärrad 6 aufgenommene Leistung λ = Leistungszahl d = Außendurchmesser des Arbeitsraumes cop = Winkelgeschwindigkeit des Primärrades 6

Das vom Primärrad aufnehmbare Moment Mp bestimmt sich dabei gemäß folgender Beziehung: M _p = λ - p d ⁵ ω ² ■ Daraus wird ersichtlich, dass im wesentlichen der Durchmesser und die Drehzahl beziehungsweise Winkelgeschwindigkeit entscheidende Einflussgrößen für die Größe der

Leistungsaufnahme sind, wobei die Auslegung der Kupplung 2 entsprechend dieser Größen erfolgt.

Die Figur 4 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Signalflussbildes ein Verfahren zur Verbesserung des Anfahrvorganges eines Fahrzeuges mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem. Bei Vorliegen eines Fahrerwunsches nach änderung oder Einstellung eines bestimmten Fahrzustandes, insbesondere beim Starten eines Fahrzeuges, wird als erstes die Antriebsmaschine in Form der Verbrennungskraftmaschine in Betrieb genommen (nicht dargestellt). Gleichzeitig oder mit geringfügig zeitlicher Verzögerung erfolgt die Einstellung eines reduzierten Füllungsgrades FG _rec j in der hydrodynamischen Kupplung. Hierfür wird beispielsweise die Stelleinrichtung 13 (Figur 1) mit einer

entsprechenden Stellgröße beaufschlagt. Der reduzierte Füllungsgrad FG _re d entspricht einem maximalen Füllungsgrad FG _ma χ-absoiut, welcher in einem vorbestimmten Drehzahlbereich der Antriebsmaschine nicht überschritten werden darf.

Die Einstellung des Füllungsgrades erfolgt vorzugsweise auf den reduzierten maximalen Füllungsgrad FG _red -maχ- Alle weiteren änderungen in der Anforderung eines übertragbaren Momentes erfolgt durch Einstellung des Füllungsgrades FG an der hydrodynamischen Kupplung 2, wobei der Füllungsgrad immer derart gewählt ist, dass FG _max -r _ed nicht überschritten wird, solange die Antriebsmaschine beziehungsweise die hydrodynamische Kupplung in dem vorbestimmten Drehzahlbereich betrieben wird. Beispielsweise wird zu Beginn des Anfahrvorgangs, insbesondere beginnend mit der Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine und 100 % Schlupf in der hydrodynamischen Kupplung bis zu dem Zeitpunkt, in welchem 70 % Schlupf erreicht wird, als Stellbereich für die hydrodynamische Kupplung lediglich ein Füllungsgrad im Bereich von FG > 0 bis < FGred-max zugelassen.

Dabei wird der Füllgrad dem Motormoment nachgeführt, wobei die Antriebsmaschine, insbesondere der Motorregler als übergeordneter Regler fungiert.

Obwohl dies in den Figuren nicht dargestellt wurde, kann ein Abwürgen der Antriebsmaschine durch eine „zu große" zwischen die Antriebsmaschine und die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs, insbesondere zwischen die Antriebsmaschine und ein Schaltgetriebe, insbesondere automatisiertes Schaltgetriebe, geschaltete hydrodynamische Kupplung dadurch verhindert werden, dass die Leistungsaufnahme der hydrodynamischen Kupplung beim Anfahren durch mechanische Einbauten, die in den Strömungskreislauf im Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung einbringbar sind, so lange reduziert wird, bis die Antriebsmaschine eine Drehzahl erreicht hat, bei welcher sie eine maximale Leistung beziehungsweise ein maximales Drehmoment übertragen kann, das

gleich oder größer als die von der hydrodynamischen Kupplung bei der entsprechenden Drehzahl maximal aufnehmbare Leistung beziehungsweise das bei der entsprechenden Drehzahl maximal aufnehmbare Moment, bei vollgefülltem Arbeitsraum und einem nicht durch die mechanischen Einbauten gestörten Arbeitsmediumkreislauf im Arbeitsraum ist.

Bezugszeichenliste

I Antriebssystem 2 hydrodynamische Kupplung

3 Anfahrelement

4 Antriebsmaschine

5 Verbrennungskraftmaschine

6 Primärrad 7 Sekundärrad

8 Abtrieb

9 Arbeitsraum

10 Betriebsmittelversorgungssystem

I 1 Steuer- und/oder Regelvorrichtung 12 Steuer- und/oder Regeleinrichtung

13 Stelleinrichtung

D Außendurchmesser

FG Füllungsgrad

FGm _a x maximaler Füllungsgrad v Drehzahlverhältnis

M _2a uf aufnehmbares Moment der hydrodynamischen Kupplung

MvKM _a b abgebbares Moment von Verbrennungskraftmaschine

π _VKM Motordrehzahl y Stellgröße