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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs,
das mit einer Brennkraftmaschine, einer Starteinrichtung zum Starten der
Brennkraftmaschine und einer Start-Stopp-Steuereinrichtung zur Ansteuerung
der Brennkraftmaschine und der Starteinrichtung ausgerüstet
ist, sowie ein Kraftfahrzeug.
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Der
Einsatz von Start-Stopp-Steuereinrichtungen in Kraftfahrzeugen,
die mit Brennkraftmaschinen ausgerüstet sind, ist bekannt.
Eine Start-Stopp-Steuereinrichtung ermöglicht eine vom Fahrzustand
des Kraftfahrzeugs abhängige, automatische Abschaltung
und automatische Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine, um einen ökonomischen
Betrieb des Kraftfahrzeugs sicherzustellen. Der Fahrer des Kraftfahrzeugs
muss hierzu über die Bedienung der Grundfunktionen (Gas,
Bremse, Kupplung, Gangschaltung) des Kraftfahrzeugs hinaus nicht
aktiv werden. Eine automatische Abschaltung der Brennkraftmaschine
wird insbesondere dann vorgenommen, wenn keine Antriebsleistung von
der Brennkraftmaschine aufgebracht werden muss. Bei einem Kraftfahrzeug,
das mit einem manuellen Schaltgetriebe ausgerüstet ist,
tritt ein solcher Fahrzustand ein, wenn das Kraftfahrzeug bei betätigter
Kupplung, das heißt bei getrennter Kraftübertragung
zwischen Brennkraftmaschine und Antriebsrädern, eine vorgegebene
Mindestgeschwindigkeit für einen vorgegebenen Zeitraum
unterschreitet. Dieser Fahrzustand kann beispielsweise beim Warten
an einer Ampel auftreten. Ein automatisches Anlassen der Brennkraftmaschine
wird insbesondere durch Lösen der Betriebsbremse oder der
Feststellbremse oder durch Betätigen des Gaspedals ausgelöst,
ohne dass der Fahrer zusätzliche Maßnahmen treffen
oder Handlungen vornehmen muss. Die Start-Stopp-Steuereinrichtung
nimmt Einfluss auf die Energie- und/oder Kraftstoffzufuhr der Brennkraftmaschine sowie
auf eine Starteinrichtung, die die notwendige kinetische Energie
bereitstellt, um die Brennkraftmaschine ausgehend vom Stillstand
auf eine Mindestdrehzahl zu bringen, von der aus ein autonomer Betrieb
und eine Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine möglich
ist.
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Aus
der
EP 1 541 864 B1 ist
ein Verfahren zum selbsttätigen Starten eines Verbrennungsmotors in
einem Kraftfahrzeug bekannt, bei dem der Verbrennungsmotor in bestimmten
Fahrbetriebszuständen zur Kraftstoffeinsparung zeitweise
ausgeschaltet wird und bei einem Wechsel des Fahrbetriebszustandes
durch eine Bremspedalbetätigung wieder gestartet wird.
Dabei wird die Änderungsgeschwindigkeit für den
Bremspedaldruck analysiert und ein Startsignal an den Starter des
Verbrennungsmotors gesendet, wenn die Änderungsgeschwindigkeit
einen Schwellwert übersteigt.
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Die
DE 102 11 466 C1 offenbart
ein Verfahren zum automatischen Abschalten und Anlassen eines Verbrennungsmotors
eines Kraftfahrzeugs. Das automatische Abschalten und/oder Anlassen
erfolgt in Abhängigkeit von vorgegebenen Motorstopp- bzw. Motorstartbedingungen.
Eine Motorstoppbedingung liegt vor, wenn eine Geschwindigkeit des
Kraftfahrzeugs unterhalb einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit liegt.
Eine Motorstartbedingung liegt vor, wenn kein Gang eingelegt ist
und die Motortemperatur über einen bestimmten Wert angestiegen
ist. Als weitere Motorstartbedingungen dienen die Betätigung
des Fahrpedals, das Lösen der Betriebsbremse, die Betätigung
der Kupplung, das Berühren oder Bewegen eines Gangschalthebels.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben
eines Kraftfahrzeugs und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die
eine komfortablere Nutzung der Start-Stopp-Funktionen ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
von Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass zunächst eine Stoppanforderung für
die Brennkraftmaschine erzeugt wird. Die Stoppanforderung kann durch
den Wechsel des Fahrzustands, insbesondere durch Unterschreiten
einer vorgebbaren Mindestgeschwindigkeit bei Betätigung
des Kupplungspedals zum Unterbrechen des Kraftflusses bei eingelegtem Gang,
hervorgerufen werden. Der Wechsel des Fahrzustands wird durch die
Start-Stopp-Steuereinrichtung detektiert und bei Vorliegen vorgebbarer
Bedingungen als Stoppanforderung interpretiert. Bei Vorliegen einer
Stoppanforderung leitet die Start-Stopp-Steuereinrichtung der Stoppvorgang
für die Brennkraftmaschine ein. Die Brennkraftmaschine kann
beispielsweise durch Abschalten der Kraftstoffzufuhr (alle Motortypen)
und/oder durch Abschalten der Zündenergie (fremdgezündete
Motoren, insbesondere Otto-Motoren) zum Stillstand gebracht werden.
Aus dem Stillstand wird die Brennkraftmaschine mittels der Starteinrichtung,
bei der es sich vorzugsweise um einen integrierten Startergenerator
(integrated starter generator – ISG), insbesondere um einen
riemengetriebenen ISG (belt driven integrated starter generator – B-ISG)
handelt, wieder auf eine Mindestdrehzahl gebracht, ab der durch
Zufuhr von Kraftstoff und ggf. Zündenergie ein autonomes
Weiterlaufen und eine Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine möglich
ist.
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Abhängig
von der Verkehrssituation kann sich der Fahrzustand manchmal bereits
während des Stoppvorgangs der Brennkraftmaschine ändern.
Insbesondere kann nach Ausgabe der Stoppanforderung durch die Start-Stopp-Steuereinrichtung
und bei bereits eingeleitetem Stoppvorgang eine rasche Beschleunigung
des Kraftfahrzeugs vom Fahrer gewünscht sein. Mittels des
erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Stoppvorgang
unter bestimmten Bedingungen abgebrochen werden, um somit schnellstmöglich
die volle Leistung der Brennkraftmaschine bereitstellen zu können.
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Ein
derartiger Abbruch des Stoppvorgangs kann beispielsweise beim Anhalten
des Kraftfahrzeugs an einer Kreuzung auftreten. Je nach Verkehrssituation
kann das Kraftfahrzeug nicht direkt in die Kreuzung einfahren, sondern
muss vor der Kreuzung angehalten werden. Wenn das Kraftfahrzeug mit
einem manuell zu betätigenden Getriebe ausgestattet ist,
wird in dieser Fahrsituation das Kupplungspedal betätigt
und/oder es wird mit Hilfe des Ganghebels der Leerlauf eingelegt,
um die Kraftübertragung zwischen Brennkraftmaschine und Antriebsrädern
zu unterbrechen. Das Betätigen des Kupplungspedals oder
das Einlegen des Leerlaufs bei geringer oder auf Null reduzierter
Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs wird von der Start-Stopp-Steuereinrichtung
als Stoppanforderung für die Durchführung des
Stoppvorgangs gedeutet. Will der Fahrer in dem Zeitraum, in dem
der Stoppvorgang stattfindet, d. h. während die Brennkraftmaschine
ausgehend von einer Betriebsdrehzahl oder Leerlaufdrehzahl gestoppt
wird, losfahren, so benötigt er die Antriebsleistung der Brennkraftmaschine
möglichst umgehend. Mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird der Stoppvorgang unterbrochen, so dass die Antriebsleistung
sehr kurzfristig zur Verfügung gestellt werden kann und ein
komfortables und sicheres Weiterfahren des Kraftfahrzeugs gewährleistet
ist.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abbruchbedingung
anhand wenigstens eines von der Start-Stopp-Steuereinrichtung zu
detektierenden Zustands aus der Gruppe: Betätigungsstellung
und/oder Betätigungsgeschwindigkeit eines Gaspedals und/oder
eines Kupplungspedals und/oder eines Bremspedals und/oder eines
Gangwahlhebels ermittelt wird. In der Betätigungsstellung ist
das entsprechende Pedal oder der Gangwahlhebel aus einer unbetätigten
Neutralstellung ausgelenkt. Insbesondere kann zwischen einer Leerbetätigung
und einer Funktionsbetätigung unterschieden werden. Eine
Leerbetätigung eines Pedals oder des Gangwahlhebels liegt
vor, wenn zwar eine Auslenkung aus der Neutralstellung stattgefunden
hat, ohne dass dadurch bereits ein Einfluss auf den Fahrzustand
des Kraftfahrzeugs genommen wird. Bei der Funktionsbetätigung
wird die mit dem entsprechenden Pedal bzw. Gangwahlhebel verknüpfte
Funktion bewirkt, beispielsweise beim Bremspedal ein Auftreten einer
Bremskraft an den Rädern oder beim Kupplungspedal ein teilweises
oder vollständiges Trennen der Kupplung. Ein Abbruch des
Stoppvorgangs wird nur bei vorgebbaren Betätigungsstellungen
und/oder Betätigungsgeschwindigkeiten der jeweiligen Bedienelemente,
insbesondere bei vorgebbaren Kombinationen der Stellungen der Bedienelemente,
vorgenommen. Exemplarisch wird bei den folgenden Kombinationen ein
Stoppvorgang abgebrochen:
- – Gangwahlhebel
ist nicht in Neutralstellung (Gang eingelegt), Kupplungspedal ist
betätigt und Bremspedal wird aus der Betätigungsstellung
in Richtung der Neutralstellung bewegt (Fahrer nimmt Fuß vom
Bremspedal);
- – Gangwahlhebel ist nicht in Neutralstellung (Gang
eingelegt), Kupplungspedal ist betätigt und Gaspedal wird
betätigt;
- – Kupplungspedal wird betätigt, insbesondere zum
Einlegen eines Gangs mittels des Gangwahlhebels;
- – Kupplungspedal ist betätigt und Gangwahlhebel wird
betätigt, insbesondere aus einer Leerlaufstellung in eine
Antriebsstellung.
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Bei
allen vorgenannten Kombinationen von Betätigungsstellungen
ist davon auszugehen, dass der Fahrer das Kraftfahrzeug umgehend
wieder in Bewegung setzen möchte, so dass ein rasches Bereitstellen
von Antriebsleistung durch die Brennkraftmaschine wünschenswert
ist. Als weitere Indikatoren, die einen raschen Stoppabbruch der
Brennkraftmaschine bewirken können, kommen beispielsweise die
Betätigung des Lenkrads, insbesondere zur Durchführung
eines Rangiervorgangs, oder das Lösen der Feststellbremse,
allein oder in Kombination mit den vorstehend genannten Betätigungsstellungen
der Bedienelemente in Frage.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stoppvorgang
abgebrochen wird, wenn die Betätigungsstellung und/oder
Betätigungsgeschwindigkeit des Gaspedals und/oder des Bremspedals
von einem vorgebbaren Wert abweicht. Eine eindeutige Abbruchbedingung
liegt in der Betätigung des Gaspedals, das auch als Fahrpedal
bezeichnet wird, da der Fahrer hiermit in eindeutiger Weise eine
Bereitstellung von Leistung durch die Brennkraftmaschine anfordert.
Ebenso kann eine Entlastung des Bremspedals, insbesondere mit einer Betätigungsgeschwindigkeit,
die oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts liegt, als Abbruchbedingung
dienen, da anzunehmen ist, dass der Fahrer bei schnellem Lösen
der Bremse einen raschen Anfahrvorgang plant. Dies ist insbesondere
dann der Fall, wenn zum Zeitpunkt des Betätigens des Gaspedals oder
des Lösens der Bremse die Kupplung betätigt ist und
bereits ein Gang eingelegt ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stoppvorgang
nicht abgebrochen wird, wenn die Betätigungsstellung und/oder Betätigungsgeschwindigkeit
des Kupplungspedals von einem vorgebbaren Wert abweicht und ein
Gang eingelegt ist bzw. ein Gang eingelegt wird. Wird während
eines Stoppvorgangs das Kupplungspedal aus einer vollständig
durchgetretenen Stellung in Richtung der Neutralstellung bewegt
und ist ein Gang eingelegt, so wird davon ausgegangen, dass der
Fahrer das Fahrzeug abstellen will und keinen Neustart wünscht.
In dieser Situation wäre es ungünstig, wenn ein
Abbruch des Stoppvorgangs stattfinden würde, da der Fahrer
nicht damit rechnet, dass die Brennkraftmaschine weiterläuft.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Abbruch
des Stoppvorgangs durch Bereitstellen von Kraftstoff und/oder Zündenergie
erfolgt, sofern die Brennkraftmaschine eine Drehzahl über
einer vorgebbaren Mindestdrehzahl aufweist. Der Stoppvorgang erfolgt
durch Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr und/oder der Zündenergie
für die Brennkraftmaschine. Fremdgezündete Brennkraftmaschinen,
insbesondere Otto-Motoren, können durch Abschalten der
Zündenergie gestoppt werden. Brennkraftmaschinen ohne Fremdzündung,
insbesondere Diesel-Motoren, werden durch Abschalten der Kraftstoffzufuhr
gestoppt. Vorzugsweise wird auch bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen eine
Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zusätzlich zur Unterbrechung
der Zündenergie vorgenommen. Solange die Drehzahl der Brennkraftmaschine
während des Stoppvorgangs oberhalb einer vorgebbaren Mindestdrehzahl
liegt, kann in einfacher Weise durch Bereitstellung von Kraftstoff
und/oder Zündenergie ein Weiterlaufen der Brennkraftmaschine
gewährleistet werden, ohne dass kinetische Energie von
einer Starteinrichtung bereitgestellt werden muss. Eine Abbruch
des Stoppvorgangs ohne Zufuhr von kinetischer Energie wir auch als
passiver Abbruch bezeichnet.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Abbruch
des Stoppvorgangs durch Bereitstellen von Kraftstoff und/oder Zündenergie
und durch Aktivieren der Starteinrichtung erfolgt, insbesondere
wenn die Brennkraftmaschine eine Drehzahl unterhalb einer vorgebbaren
Mindestdrehzahl aufweist. Durch die Aktivierung der Starteinrichtung,
die vorzugsweise als Elektromotor ausgebildet ist und durch Ansteuerung
durch die Start-Stopp-Steuereinrichtung mit elektrischer Energie
versorgt werden kann, wird der Brennkraftmaschine kinetische Energie
zur Verfügung gestellt. Zusammen mit der Bereitstellung
von Kraftstoff und ggf. Zündenergie wird somit ein rasches
Erreichen der Leerlaufdrehzahl oder einer höheren Drehzahl
ermöglicht. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn
die Drehzahl der Brennkraftmaschine während des Stoppvorgangs
bereits unter eine vorgebbare Mindestdrehzahl abgesunken ist, unterhalb
derer allein durch Bereitstellung von Kraftstoff und ggf. Zündenergie
kein Wiederanlaufen der Brennkraftmaschine zu erwarten ist. Bei
geeigneter Auslegung der Starteinrichtung kann diese auch bei Erreichen
der Leerlaufdrehzahl oder darüber hinaus angesteuert bleiben,
so dass für den raschen Anfahrvorgang zusätzlich
zum Drehmoment der Brennkraftmaschine auch das Drehmoment der Starteinrichtung
zur Verfügung steht.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abbruch
des Stoppvorgangs bei Unterschreiten der Mindestdrehzahl als Neustart unmittelbar,
insbesondere in einem vorgebbaren Zeitintervall, nach vollständigem
Stillstand der Brennkraftmaschine erfolgt. Wird eine Abbruchbedingung erst
kurz vor Ende des Stoppvorgangs detektiert, kann es günstiger
sein, den vollständigen Stillstand der Brennkraftmaschine
abzuwarten und dann innerhalb eines vorgebbaren Zeitintervalls einen
regulären Neustart der Brennkraftmaschine vorzunehmen.
Je nach Betriebsbedingung kann der Neustart eine schnelle Synchronisation
der Kraftstoffzufuhr und gegebenenfalls der Zündenergie
mit der Kurbelwelleposition der Brennkraftmaschine gewährleisten.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Last
auf die Brennkraftmaschine während des Stoppvorgangs zumindest
zeitweilig erhöht wird, um einen raschen Stillstand zu
gewährleisten. Die Erhöhung der Last auf die Brennkraftmaschine
kann insbesondere durch Ansteuern des Startergenerators mittels
der Start-Stopp-Steuereinrichtung vorgenommen werden. Vorzugsweise
wird der Startergenerator so angesteuert, dass eine verstärke Wandlung
von kinetischer Energie in elektrische Energie stattfindet, wodurch
ein erhöhtes Bremsmoment auf die Brennkraftmaschine ausgeübt
wird, die dadurch schneller zum Stillstand kommt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die vorgebbare
Mindestdrehzahl anhand wenigstens eines Parameters aus der Gruppe:
Kühlwassertemperatur, Luftmasse, Öltemperatur, Lastzustand
der Brennkraftmaschine, festgelegt wird. Die Mindestdrehzahl, oberhalb
derer ein Weiterlaufen der Brennkraftmaschine allein durch neuerliche
Bereitstellung von Kraftstoff und ggf. Zündenergie möglich
ist, variiert in Abhängigkeit von den die Verbrennung beeinflussenden
Parametern wie Kühlwassertemperatur, Luftmasse, Öltemperatur.
Bei kaltem Kühlwasser und niedriger Öltemperatur
liegt die Mindestdrehzahl höher als bei warmer Kühlwasser und
hoher Öltemperatur. Der Lastzustand der Brennkraftmaschine
kann durch den Energiebedarf von Nebenaggregaten wie einem Kompressor
für eine Klimaanlage variieren, damit variiert auch die
Mindestdrehzahl für die Brennkraftmaschine, da bei hoher
Last eine höhere Mindestdrehzahl vorliegen muss, um die
Brennkraftmaschine ohne Zufuhr kinetischer Energie weiterlaufen
zu lassen. Der Lastzustand kann durch die Start-Stopp-Steuereinrichtung detektiert
werden. Unter Einbeziehung der die Verbrennung beeinflussenden Parameter
kann dann die Mindestdrehzahl berechnet werden, unterhalb derer ein
Einsatz der Starteinrichtung notwendig ist, um bei einem Abbruch
des Stoppvorgangs ein zuverlässiges Weiterlaufen der Brennkraftmaschine
zu gewährleisten.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine
und einer Starteinrichtung zum Starten der Brennkraftmaschine vorgesehen,
das eine Start-Stopp-Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine
und der Starteinrichtung aufweist, die zur Durchführung
des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet
ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Starteinrichtung
als integrierter Startergenerator (integrated starter generator,
ISG), insbesondere als riemengekoppelter integrierter Startergenerator
(belt driven ISG, B-ISG), ausgebildet ist. Ein integrierter Startergenerator übernimmt sowohl
die Funktion des Generators zur Erzeugung von elektrischer Energie
als auch des Starters zur Bereitstellung von kinetischer Energie
für den Startvorgang der Brennkraftmaschine. Der integrierte Startergenerator
ist vorzugsweise über einen Antriebsriemen, z. B. einen
Zahnriemen, mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt
oder ist unmittelbar an die Kurbelwelle angeflanscht. Der integrierte
Startergenerator steht vorzugsweise in ständiger kraftübertragender
Verbindung mit der Brennkraftmaschine und kann somit (insbesondere
im Gegensatz zu einem Standard-Startermotor mit Ritzeleingriff in
eine Schwungscheibe) zu jedem beliebigen Zeitpunkt kinetische Energie
an die Brennkraftmaschine bereitstellen. Denkbar ist auch, die kraftübertragende
Verbindung zwischen integriertem Startergenerator und Brennkraftmaschine
mittels einer schaltbaren oder drehzahlabhängigen Kupplungseinrichtung
trennbar zu gestalten, wobei auch hier ein unmittelbares Bereitstellen
von kinetischer Energie gewährleistet werden kann.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von vorteilhaften Ausführungsformen,
die anhand der Zeichnungen dargestellt sind. Dabei zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine,
einem integriertem, riemengetriebenen Startergenerator und einer
Start-Stopp-Steuereinrichtung,
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2 ein
Flussdiagramm zur Darstellung des Start-Stopp-Verfahrens.
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In
der 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 mit den wesentlichen
Komponenten, die bei der Durchführung eines Start-Stopp-Verfahrens
mit der Möglichkeit zum Abbrechen des Stoppvorgangs eine
Rolle spielen, schematisch dargestellt. Weitere zum Betrieb des
Kraftfahrzeugs 10 notwendige Komponenten sind der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt.
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Das
Kraftfahrzeug 10 weist eine Brennkraftmaschine 12 auf,
die über eine Kupplungseinrichtung 14 mit einem
manuellen Schaltgetriebe 16 verbunden ist, an dem Antriebsräder 18 angeflanscht
sind. Ein von der Brennkraftmaschine 12 abgegebenes Drehmoment
wird bei geschlossener Kupplung 14 mit Hilfe des Schaltgetriebes 16 in
ein Abtriebsmoment für die Antriebsräder 18 umgesetzt
und ermöglicht somit die Fortbewegung des Kraftfahrzeugs 10.
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Eine
Beeinflussung der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 10 findet über
die Einstellung der von der Brennkraftmaschine 12 bereitgestellten
Leistung und die Auswahl der geeigneten Getriebeeinstellung oder
Gangwahl (Vorwärtsgänge, Rückwärtsgang)
statt. Diese Einstellungen erfolgen über bekannte Bedienelemente
wie Gaspedal 20 und Gangwahlhebel 22, die vom
Fahrer bedient werden. Ein Kupplungspedal 24 dient zur
Ansteuerung der Kupplung 14 über eine nicht dargestellte
Stelleinrichtung und damit zur Auftrennung und Wiederherstellung des
Kraftflusses zwischen Brennkraftmaschine 12 und Schaltgetriebe 16.
Die Betätigung des Kupplungspedals 24 trennt die
Kupplung 14 und ermöglicht somit das Einlegen
der verschiedenen Gänge. Eine Beeinflussung der Geschwindigkeit
des Kraftfahrzeugs 10 kann zudem mittels eines Bremspedals 26 vorgenommen
werden, das über Bremsleitungen auf eine nicht näher
dargestellte, den Antriebsrädern 18 zugeordnete
Bremsanlage wirkt.
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Die
Betätigungsstellungen der Bedienelemente 20, 22, 24, 26 werden
mit Hilfe von nicht näher dargestellten Sensoren erfasst,
deren Signale über Signalleitungen 28 an eine
Start-Stopp-Steuereinrichtung 30 übertragen werden.
Durch zeitliche Ableitung der Betätigungsstellungen können
auch die Betätigungsgeschwindigkeiten für die
Bedienelemente 20, 22, 24 und 26 ermittelt
werden. Die Start-Stopp-Steuereinrichtung 30 ist über
zusätzliche Steuerleitungen 28 mit Komponenten
wie einem Batterieüberwachungssystem 32, einem
Zündsteuergerät 34, einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung 36 und
einer der Brennkraftmaschine 12 zugeordneten Sensoranordnung 38 verbunden.
Die Steuereinrichtung 30 kann auch von diesen Komponenten
ermittelte Werte verarbeiten und Steuerbefehle an diese Komponenten
ausgeben.
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Die
schematisch dargestellte Sensoranordnung 38 an der Brennkraftmaschine
umfasst Sensoren wie einen Drehzahlsensor, einen Luftmassenmesser,
einen Kühlwassertemperatursensor, einen Öltemperatursensor
und/oder andere Sensoren zur Ermittlung von Betriebskennwerten der
Brennkraftmaschine 12.
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Der
Brennkraftmaschine 12 ist ein integrierter Startergenerator 40 zugeordnet,
der über einen Riemen 42 permanent mit der nicht
näher dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 12 gekoppelt
ist (belt driven integrated starter generator – B-ISG).
Der Startergenerator 40 ist elektrisch mit der Start-Stopp-Steuereinrichtung
und mit einer Batterie 44 verbunden, die als Energiespeicher
für elektrische Energie genutzt wird. Der Startergenerator 40 dient
in seiner Funktion als Starter zur Bereitstellung von kinetischer
Energie, um die Brennkraftmaschine 12 aus dem Stillstand
auf eine Mindestdrehzahl zu beschleunigen, ab der ein selbständiger
Betrieb der Brennkraftmaschine 12 möglich ist.
In seiner Funktion als Generator wandelt der Startergenerator 40 kinetische
Energie der Brennkraftmaschine 12 in elektrische Energie
um, die in der Batterie 44 gespeichert wird. Die Steuerung
bzw. Regelung der vom Startergenerator 40 bereitzustellenden
kinetischen Energie bzw. der umzuwandelnden elektrischen Energie
wird von der Start-Stopp-Steuereinrichtung 30 vorgenommen.
Der Startergenerator 40 ist so dimensioniert, dass er auch
bei laufender Brennkraftmaschine 12 ein Unterstützungsdrehmoment
bereitstellen kann, um eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs zu
verbessern oder gar um eine rein elektrische Fortbewegung des Kraftfahrzeugs 10,
insbesondere bei geringen Geschwindigkeiten, zu ermöglichen.
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Die
Start-Stopp-Steuereinrichtung 30 ist derart eingerichtet,
dass ein automatisches Abschalten und Anlassen der Brennkraftmaschine 12 vorgenommen
werden kann. Ein Abschalten der Brennkraftmaschine 12 ist
vorgesehen, wenn die Brennkraftmaschine 12 über
einen vorgebbaren Zeitraum keine Leistung an die Antriebsräder
oder an Verbraucher wie einen zahnriemengekoppelten Klimakompressor 46 abgeben
muss.
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Um
einen ökonomischen und umweltgerechten Betrieb des Kraftfahrzeugs 10 zu
gewährleisten, wird bei Vorliegen einer oder mehrerer der
nachfolgend angeführten Bedingungen eine Stoppanforderung
in der Start-Stopp-Steuereinrichtung erzeugt und zur Ansteuerung
der Brennkraftmaschine 12, des Zündsteuergeräts 34,
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 36 und des Startergenerators 40 genutzt, insbesondere
um die Kraftstoffzufuhr und/oder die Zündenergiezufuhr
zur Brennkraftmaschine 12 zu unterbrechen.
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Die
Start-Stopp-Steuereinrichtung 30 prüft insbesondere,
ob nach Unterschreiten einer Mindestgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 10 die
Betätigungsstellung und/oder Betätigungsgeschwindigkeit des
Gaspedals 20 und/oder des Kupplungspedals 24 und/oder
des Bremspedals 26 und/oder des Gangwahlhebels 22 derart
innerhalb eines vorgebbaren Wertebereichs liegt, dass eine Stoppanforderung sinnvoll
ist.
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Das
in der 2 anhand des Flussdiagramms dargestellte Verfahren
unterscheidet ausgehend von dem Stoppsignal, das an die Brennkraftmaschine 12,
insbesondere an das Zündsteuergerät 34 und/oder
die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 36 gerichtet wird, zwei
Betriebszustände der Brennkraftmaschine 12.
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Der
erste Betriebszustand liegt vor, solange die Brennkraftmaschine 12 während
des Stoppvorgangs, also nach Abschalten der Kraftstoffzufuhr und/oder
der Zündenergie noch eine Drehzahl hat, die bei Bereitstellung
von Kraftstoff und ggf. Zündenergie ein Weiterlaufen ohne
Zuschalten des Startergenerators 40 ermöglicht.
Solange dies der Fall ist, kann der linke Pfad des Flussdiagramms
verfolgt werden. Tritt eine Abbruchbedingung ein, so wird der Stoppvorgang
der Brennkraftmaschine 12 durch Bereitstellung von Kraftstoff
und ggf. Zündenergie abgebrochen. Gegebenenfalls kann das
Weiterlaufen der Brennkraftmaschine 12 auch durch eine
kurzzeitige Lastreduzierung begünstigt werden, indem beispielsweise
der Startergenerator 40 zumindest kurzzeitig keine Umwandlung
kinetischer Energie in elektrische Energie vornimmt und/oder der
Klimakompressor 46 kurzzeitig ausgekuppelt wird.
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Ist
die Drehzahl während des Stoppvorgangs bereits so weit
abgesunken, dass bei Bereitstellung von Kraftstoff und ggf. Zündenergie
kein Weiterlaufen ohne Zuschalten des Startergenerators 40 möglich ist,
so ist der rechte Pfad des Flussdiagramms gemäß der 2 weiterzuverfolgen.
Solange die Drehzahl der Brennkraftmaschine größer
Null ist, kann der Stoppvorgang noch abgebrochen werden. Sobald eine
Abbruchbedingung vorliegt, wird die Last auf die Brennkraftmaschine 12 erhöht
und diese kommt nunmehr rasch zum Stillstand. Anschließend
wird umgehend ein Neustart durchgeführt, um in möglichst
kurzer Zeit die volle Leistung der Brennkraftmaschine 12 wieder
zur Verfügung stellen zu können.
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Bei
einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung
kann eine zusätzliche Unterscheidung vorgesehen werden,
indem bei Unterschreiten der Mindestdrehzahl von der Start-Stopp-Steuereinrichtung 30 geprüft
wird, ob ein Abbruch des Stoppvorgangs schneller und sicherer durch
unmittelbare Aktivierung des Startergenerators 40 und Bereitstellung
von Kraftstoff und ggf. Zündenergie oder durch vollständiges
Abbremsen und Neustart erreicht werden kann.
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Bei
einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform kann
vorgesehen werden, dass der Startergenerator 40 bei jeder
Form des Startabbruchs aktiviert wird, also auch dann, wenn die Brennkraftmaschine
noch weiter lauffähig ist. Der Startergenerator 40 gewährleistet
somit bei jeder Motordrehzahl ein sicheres Wiederanlaufen der Brennkraftmaschine 12 und
stellt ein zusätzliches Drehmoment zur raschen Beschleunigung
des Kraftfahrzeugs 10 zur Verfügung.
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Nachfolgend
werden exemplarisch einige Situationen beschrieben, in denen eine
Abbruchbedingung erfüllt wird und ein Stoppvorgang abgebrochen wird.
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Ein
Stoppvorgang für die Brennkraftmaschine 12 wird
abgebrochen, wenn der Fahrer an eine Kreuzung heranfährt,
das Kraftfahrzeug 10 durch Bremsen zum Stillstand bringt
und bei betätigtem Bremspedal 26 im Stillstand
hält und dabei die Kupplung 24 so betätigt,
dass diese vollständig trennt. Zudem ist ein Gang eingelegt,
das heißt, dass sich der Gangwahlhebel nicht in der Leerlaufstellung befindet. Nach
einer vorgebbaren Stillstandsdauer des Kraftfahrzeugs 10 entscheidet
die Start-Stopp-Steuereinrichtung 30, dass die Brennkraftmaschine 12 gestoppt
werden soll und gibt ein Stoppsignal zur Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr
und der Zündenergie aus. Daraufhin beginnt der Stoppvorgang,
bei dem die Brennkraftmaschine 12 in Abhängigkeit
von Lastzustand und anderer Randbedingungen wie der Öltemperatur
nach einiger Zeit zum Stillstand kommt. Wird während des
Stoppvorgangs das Bremspedal 26 teilweise oder vollständig
gelöst, insbesondere mit einer Betätigungsgeschwindigkeit,
die oberhalb eines vorgebbaren Minimalwerts liegt, so kann dies von
der Start-Stopp-Steuereinrichtung 30 detektiert werden.
Liegen weitere Randbedingungen vor, beispielsweise dass die Kupplung 24 weiterhin
vollständig betätigt ist, so ist eine Abbruchbedingung
erfüllt und die Start-Stopp-Steuereinrichtung 30 leitet
Maßnahmen ein, um den Stoppvorgang abzubrechen und um eine
rasche Leistungsbereitstellung durch die Brennkraftmaschine 12 zu
gewährleisten. Dies kann in passiver Weise durch Bereitstellung
von Kraftstoff und Zündenergie geschehen, wenn die Drehzahl
der Brennkraftmaschine 12 noch ausreichend hoch für ein
Weiterlaufen ohne Aktivierung des Startergenerators 40 ist.
Dies kann alternativ in aktiver Weise durch Aktivierung des Startergenerators 40 erfolgen,
wenn entweder die Mindestdrehzahl der Brennkraftmaschine 12 unterschritten
ist oder wenn der Startergenerator 40 generell bei einem
Stoppabbruch aktiviert wird.
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Bei
einer anderen Situation findet ein Abbruch des Stoppvorgangs bei
eingelegtem Gang und betätigtem Kupplungspedal 24 statt,
wenn der Fahrer das Gaspedal 20 betätigt. Die
Betätigung des Gaspedals 20 führt in
dieser Situation auch dann zum Abbruch des Stoppvorgangs, wenn das
Bremspedal 26 betätigt ist, da das Kraftfahrzeug 10 möglicherweise an
einer Steigung steht und der Fahrer mit einem Fuß sowohl
das Gaspedal 20 als auch das Bremspedal 26 betätigt.
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Bei
einer anderen Situation findet ein Abbruch des Stoppvorgangs statt,
wenn der Gangwahlhebel in der Neutralstellung ist und der Fahrer
das Kupplungspedal 24 vollständig betätigt.
Durch die vollständige Betätigung des Kupplungspedals 24 zeigt
der Fahrer an, dass er einen Gang einlegen und losfahren möchte,
so dass auch hier eine rasche Leistungsbereitstellung durch die
Brennkraftmaschine 12 erwünscht ist.
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In
gleicher Weise kann bei bereits vollständig betätigtem
Kupplungspedal auch ein Einlegen eines Gangs mit Hilfe des Gangwahlhebels 22 als
Abbruchbedingung für den Stoppvorgang definiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1541864
B1 [0003]
- - DE 10211466 C1 [0004]