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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, welches eine Bremsvorrichtung und eine Stopp-Start-Automatik aufweist, mittels der die Brennkraftmaschine unabhängig von einem Kraftfahrzeugführer abgeschaltet und gestartet werden kann.
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Bei modernen Kraftfahrzeugen werden verstärkt Konzepte zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen umgesetzt. Zu diesen Konzepten zählt die Implementierung einer sogenannten Stopp-Start-Automatik, mittels der die Brennkraftmaschine unabhängig vom Kraftfahrzeugführer abgeschaltet und wieder gestartet werden kann. Die Abschaltung der Brennkraftmaschine geschieht dabei insbesondere in längeren Leerlaufphasen, in denen die Antriebskraft der Brennkraftmaschine nicht benötigt wird. Auf diese Weise können - beispielsweise im städtischen Fahrzyklus - beachtliche Verbrauchseinsparungen erzielt werden.
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Das Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik ist jedoch Restriktionen unterworfen. Beispielsweise ist es aus Gründen des Komforts und der Wirtschaftlichkeit sinnvoll, das Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik in bestimmten Verkehrs- und Fahrsituationen zu unterbinden - beispielsweise im Stop-and-Go-Betrieb (mehrmaliges Anhalten mit geringer dazwischen liegender Fahrstrecke, beispielsweise im Stau). Aus der
WO 2006/027515 A1 ist beispielsweise bekannt, das Abschalten der Brennkraftmaschine dann zu unterbinden, wenn die Zeitdauer oder die zurückgelegte Fahrstrecke zwischen den Kraftfahrzeugstopps zu gering sind. Ferner ist es jedoch auch erstrebenswert, das Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik möglichst bald nach Verlassen dieser Fahrsituationen wieder zuzulassen. Die schnelle und genaue Identifizierung des Beginns und des Endes dieser Fahr- bzw. Verkehrssituationen ist jedoch schwierig und fehlerbehaftet, wodurch Potential bei der Verbrauchseinsparung verloren geht oder es zu Einschränkungen beim Fahrkomfort kommen kann.
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Die Druckschrift
DE 102 33 887 B4 zeigt ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin wird die Neigung des Kraftfahrzeugs mit einem vorgegebenen Neigungsschwellenwert verglichen, um eine Bewegung des Fahrzeugs durch die Straßenneigung zu verhindern.
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In der Druckschrift
DE 2 158 095 A ist ebenfalls ein Verfahren zum automatischen Starten und Stoppen einer Brennkraftmaschine offenbart. Die Neigung des Kraftfahrzeugs wird auch hier mit einem Neigungsschwellenwert verglichen, um zu verhindern, dass sich das Fahrzeug beim Anfahren an einer Steigung zurückbewegt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einer Stopp-Start-Automatik bereitzustellen, mit denen die Wirtschaftlichkeit der Brennkraftmaschine gesteigert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das Verfahren gemäß dem Anspruch 1 ist geeignet zum Steuern einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, welche eine Bremsvorrichtung und eine Stopp-Start-Automatik aufweist, mittels der die Brennkraftmaschine unabhängig von einem Kraftfahrzeugführer abgeschaltet und gestartet werden kann. Gemäß dem Verfahren wird ein Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik verhindert. Es wird eine Betriebsgröße der Bremsvorrichtung ermittelt und das Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik wieder erlaubt, wenn eine auf der Betriebsgröße basierende Bedingung erfüllt ist. Die Bedingung ist dann erfüllt, wenn nach dem Unterbinden des Abschaltens der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik die Betriebsgröße einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Hierfür wird die Neigung des Kraftfahrzeugs ermittelt und der Schwellenwert in Abhängigkeit von der Neigung bestimmt.
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Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren sind zur Identifizierung einer Verkehrs- bzw. Fahrsituation, bei welcher das Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik unterdrückt werden soll (beispielsweise Rangier- oder Stopp-and-Go-Betrieb), mehrere hintereinander folgende Halte- und Anfahrvorgänge notwendig. Ferner bilden die Kriterien zur Erkennung, wann diese Verkehrs- bzw. Fahrsituation beendet ist und das Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik wieder freigegeben werden kann, die Realität nur sehr grob ab. Dadurch kann das Sparpotential durch das Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik nicht voll ausgenützt werden. Durch das hier vorgestellte Verfahren hat der Kraftfahrzeugführer über eine entsprechende Betätigung der Bremsvorrichtung einen unmittelbaren Einfluss auf die Aktivität der Stopp-Start-Automatik. Da der Kraftfahrzeugführer die Verkehrs- bzw. Fahrsituation sehr gut beurteilen und voraussagen kann, kann durch seinen unmittelbaren Einfluss auf die Aktivität der Stopp-Start-Automatik das Potential hinsichtlich Kraftstoffeinsparung besser genutzt werden.. Dazu wird eine Bedingung, bei deren Erfüllung das Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik wieder erlaubt wird, unmittelbar an die Betriebsgröße der Bremsvorrichtung gekoppelt. Die Kopplung an die Bremsvorrichtung ist für den Kraftfahrzeugführer intuitiv und leicht nachvollziehbar, da sein Wunsch an eine Freigabe des Abschaltens der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik intuitiv durch entsprechendes Einwirken auf die Bremsvorrichtung geäußert wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich daher eine größere Flexibilität hinsichtlich der Steuerung der Stopp-Start-Automatik und durch die Einbindung des Kraftfahrzeugführers in die Aktivitäten der Stopp-Start-Automatik kann das Kraftstoffsparpotential noch besser genutzt werden.
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Die Wirkung, welche der Kraftfahrzeugführer auf die Bremsvorrichtung ausübt - beispielsweise die Kraft oder die Geschwindigkeit, mit der er das Bremspedal betätigt - variiert mit der Längsneigung des Kraftfahrzeugs. Beispielsweise ist die Kraft, mit welcher der Kraftfahrzeugführer das Bremspedal betätigt, bei einer Bergabfahrt größer als bei einer Bergauffahrt. Da gemäß dieser Erfindung der Schwellenwert in Abhängigkeit von der Neigung des Kraftfahrzeugs bestimmt wird, kann eine höhere Genauigkeit bei der Ermittlung des Fahrerwunsches erzielt werden.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 2 wird die Brennkraftmaschine durch Stopp-Start-Automatik abgeschaltet, falls die Betriebsgröße den Schwellenwert übersteigt und das Kraftfahrzeug eine vorgegebene Geschwindigkeitsschwelle unterschritten hat.
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Die Freigabe des Abschaltens der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik und das tatsächliche Abschalten der Brennkraftmaschine erfolgt dann, wenn die Betriebsgröße der Bremsvorrichtung einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Da der Fahrer seinen Wunsch nach einem Abschalten der Brennkraftmaschine intuitiv am ehesten durch eine entsprechende Betätigung des Bremspedals äußert, stellen diese Ausgestaltungen bedienerfreundliche Lösungen dar.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 3 kann die Betriebsgröße dargestellt werden durch den Betrag einer Bremspedalbetätigung, den Bremsdruck, den Bremsdruckgradienten oder die Anzahl der Bremspedalbetätigungen innerhalb eines Zeitraums nach dem Verhindern des Abschaltens der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik.
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Eine Steuervorrichtung gemäß dem Anspruch 4 ist derart ausgebildet, dass es das Verfahren gemäß Anspruch 1 ausführen kann. Dazu sind in der Steuervorrichtung entsprechende Steuerfunktionen softwaremäßig implementiert. Hinsichtlich der sich dadurch ergebenden Vorteile wird auf die Ausführungen zu Anspruch 1 verwiesen.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
- 1A eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Bremsvorrichtung und einer Brennkraftmaschine;
- 1B eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung;
- 2 ein Ausführungsbeispiel eines Steuerverfahrens in Form eines Ablaufdiagramms.
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In 1A ist schematisch ein Kraftfahrzeug 100 dargestellt. Das Kraftfahrzeug wird durch eine Brennkraftmaschine 1 angetrieben, welche näher in 1B beschrieben wird. Ferner umfasst das Kraftfahrzeug 100 eine Bremsvorrichtung 110 mittels der das Kraftfahrzeug 100 verzögert werden kann. Dazu verfügt die Bremsvorrichtung 110 an jedem der Räder 114 einen entsprechenden Bremsmechanismus 113 (beispielsweise Scheibenbremsen oder Trommelbremsen), mittels dem das entsprechende Rad 114 abgebremst werden kann. Der Kraftfahrzeugführer (nicht dargestellt) kann einen Bremsvorgang durch Betätigung eines Bremspedals 111 einleiten und durchführen. Die zur Bremsung nötige Bremskraft kann entweder hydraulisch oder elektrisch erzeugt und übertragen werden. Die Bremsvorrichtung 110 umfasst einen Bremskraftsensor 112, welcher im Fall eines hydraulischen Systems den hydraulischen Druck und im Falle eines elektrischen Systems den Bremsstrom bzw. die Bremsspannung misst. Ferner umfasst die Bremsvorrichtung 110 einen Sensor 115 zur Ermittlung der Position des Bremspedals 111. In dem Kraftfahrzeug 100 ist ferner ein Neigungssensor 31 angeordnet, mittels dem die Längsneigung, also die Neigung in Fahrtrichtung gemessen wird.
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In 1B ist eine Brennkraftmaschine 1 schematisch dargestellt. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist die Darstellung stark vereinfacht ausgeführt.
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Die Brennkraftmaschine 1 umfasst mindestens einen Zylinder 2 und einen in dem Zylinder 2 auf und ab bewegbaren Kolben 3. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst ferner einen Ansaugtrakt 40, in dem stromabwärts einer Ansaugöffnung 4 zum Ansaugen von Frischluft ein Luftmassensensor 5, eine Drosselklappe 6, sowie ein Saugrohr 7 angeordnet sind. Der Ansaugtrakt 40 mündet in einem durch den Zylinder 2 und den Kolben 3 begrenzten Brennraum 30. Die zur Verbrennung nötige Frischluft wird über den Ansaugtrakt 40 in den Brennraum 30 eingeleitet, wobei die Frischluftzufuhr durch Öffnen und Schließen eines Einlassventils 8 gesteuert wird. Bei der hier dargestellten Brennkraftmaschine 1 handelt es sich um eine Brennkraftmaschine 1 mit Kraftstoffdirekteinspritzung, bei der der für die Verbrennung nötige Kraftstoff über ein Einspritzventil 9 unmittelbar in den Brennraum 30 eingespritzt wird. Zur Auslösung der Verbrennung dient eine ebenfalls in dem Brennraum 30 ragende Zündkerze 10. Die Verbrennungsabgase werden über ein Auslassventil 11 in einen Abgastrakt 16 der Brennkraftmaschine 1 abgeführt und mittels eines im Abgastrakt angeordneten Abgaskatalysators 12 gereinigt.
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Die Kraftübertragung an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt), welches von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird, geschieht über eine mit dem Kolben 3 gekoppelte Kurbelwelle 13. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt ferner über einen Drehzahlsensor 15 zur Erfassung der Drehzahl der Kurbelwelle 13, einen Kühlmitteltemperatursensor 14 und eine elektrische Startervorrichtung 32 zum Starten der Brennkraftmaschine 1.
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Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über ein Kraftstoffversorgungssystem, welches einen Kraftstofftank 17 sowie eine darin angeordnete Kraftstoffpumpe 18 aufweist. Der Kraftstoff wird mittels der Kraftstoffpumpe 18 über eine Versorgungsleitung 19 einem Druckspeicher 20 zugeführt. Dabei handelt es sich um einen gemeinsamen Druckspeicher 20, von dem aus die Einspritzventile 9 für mehrere Zylinder 2 mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff versorgt werden. In der Versorgungsleitung 19 sind ferner ein Kraftstofffilter 21 und eine Hochdruckpumpe 22 angeordnet. Die Hochdruckpumpe 22 dient dazu, den durch die Kraftstoffpumpe 18 mit relativ niedrigem Druck (ca. 3 bar) geförderten Kraftstoff dem Druckspeicher 20 mit hohem Druck zuzuführen (typischerweise bis zu 150 bar).
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Der Brennkraftmaschine 1 ist eine Steuervorrichtung 26 zugeordnet, welche über Signal- und Datenleitungen mit allen Aktuatoren und Sensoren der Brennkraftmaschine 1 verbunden ist. In der Steuervorrichtung 26 sind kennfeldbasierte Motorsteuerungsfunktionen (KF1 bis KF5) softwaremäßig implementiert. Insbesondere ist in der Steuervorrichtung eine sogenannte Stopp-Start-Automatik 33 implementiert, welche die Brennkraftmaschine 1 unabhängig von einem Kraftfahrzeugführer (nicht dargestellt) abschaltet und startet. Basierend auf den Messwerten der Sensoren und den kennfeldbasierten Motorsteuerungsfunktionen werden Steuersignale an die Aktuatoren der Brennkraftmaschine 1 und des Kraftstoffversorgungssystems ausgesandt. Konkret ist die Steuervorrichtung 26 über Daten- und Signalleitungen mit der Kraftstoffpumpe 18, dem Luftmassensensor 5, der Drosselklappe 6, der Zündkerze 10, dem Einspritzventil 9, dem Kühlmitteltemperatursensor 14, dem integrierten Drehzahlsensor 15, dem Neigungssensor 31, dem Sensor 115 zur Ermittlung der Position des Bremspedals 111, dem Bremskraftsensor 112 und der Startervorrichtung 32 gekoppelt.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Steuerverfahrens in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt.
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Das Verfahren wird in Schritt 200 gestartet - beispielsweise beim Anschalten der Zündung der Brennkraftmaschine durch den Kraftfahrzeugführer.
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In Schritt 201 wird die Brennkraftmaschine 1 gestartet und in einen Betriebsstatus gesetzt, in dem das Abschalten und Starten der Brennkraftmaschine 1 durch die Stopp-Start-Automatik 33 freigegeben ist. Dies bedeutet, dass in bestimmten Verkehrs- bzw. Fahrsituationen, beispielsweise bei Stillstand des Kraftfahrzeugs 100 und Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine 1, die Brennkraftmaschine 1 zum Zwecke der Kraftstoffeinsparung von der Stopp-Start-Automatik 33 abgeschaltet und in Folge einer Aufforderung des Kraftfahrzeugführers zur Weiterfahrt wieder gestartet wird.
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Wie weiter oben schon erwähnt wurde, gibt es jedoch bestimmte Fahrzustände oder Verkehrssituationen in denen das automatische Abschalten der Brennkraftmaschine 1 durch die Stopp-Start-Automatik 33 aus Gründen des Komforts und der Wirtschaftlichkeit nicht erwünscht ist. So wird beispielsweise beim Erkennen eines Rangierbetriebs (Einparken in eine Parklücke), bei der Parkplatzsuche auf einen Parkplatz oder beim Stopp-and-Go-Betrieb bei einem Stau das Abschalten und Starten der Brennkraftmaschine 1 durch die Stopp-Start-Automatik 33 unterbunden.
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In Schritt 202 wird daher überprüft, ob eine derartige Bedingung zur Unterdrückung der Abschaltung der Brennkraftmaschine 1 durch die Stopp-Start-Automatik 33 erfüllt ist. Eine derar-tige Bedingung kann beispielsweise darin gesehen werden, dass die zurückgelegte Fahrstrecke zwischen zwei Fahrzeugstopps und die Stillstandszeiten während der Fahrzeugsstopps sehr kurz sind. Derartige Kriterien können auf einen Stopp-and-Go-Betrieb hinweisen und als Bedingung zur Unterdrückung der Abschaltung der Brennkraftmaschine 1 durch die Stopp-Start-Automatik 33 verwendet werden. Bei einem negativen Ergebnis der Abfrage in Schritt 202 bleibt das Abschalten der Brennkraftmaschine 1 durch die Stopp-Start-Automatik 33 freigegebenen und die Abfrage wird wiederholt.
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Bei einem positiven Ergebnis der Abfrage in Schritt 202 wird das Abschalten der Brennkraftmaschine 1 durch die Stopp-Start-Automatik 33 in Schritt 203 unterdrückt bzw. unterbunden.
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In Schritt 204 wird eine Betriebsgröße der Bremsvorrichtung 110 ermittelt. Bei der Betriebsgröße kann es beispielsweise um den Betrag der Bremspedalbetätigung durch den Kraftfahrzeugführer, die ermittelte Bremskraft (hydraulischer Bremsdruck bei hydraulischem System; Bremsstrom oder Bremsspannung bei elektrischen System), den Bremskraftgradient oder die Anzahl der Bremsbetätigungen durch den Kraftfahrzeugführer innerhalb eines Zeitraums nach dem Verhindern des Abschaltens der Brennkraftmaschine 1 durch die Stopp-Start-Automatik handeln.
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Das Verfahren fährt mit Schritt 205 fort, in dem geprüft wird, ob die Betriebsgröße der Bremsvorrichtung 110 einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Der Schwellenwert kann dabei ein fest kalibrierbarer Wert sein, oder wird in Abhängigkeit von der durch den Neigungssensor 31 gemessenen Neigung des Kraftfahrzeugs 100 ermittelt. Auf diese Weise wird die unterschiedliche Wirkung des Kraftfahrzeugführers auf das Bremspedal 111 berücksichtigt. Da die Wirkung, d. h. die Geschwindigkeit oder die Kraft, mit der der Kraftfahrzeugführer das Bremspedal 111 betätigt, bei Bergabfahrten größer ist als bei Bergauffahrten, ist der Schwellenwert vorzugsweise bei Bergauffahrten kleiner zu bemessen als bei Bergabfahrten.
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Bei einem negativen Ergebnis der Abfrage in Schritt 205 kehrt das Verfahren zu Schritt 204 zurück. Das Abschalten der Brennkraftmaschine 1 durch die Stopp-Start-Automatik 33 bleibt demnach unterdrückt.
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Bei einem positiven Ergebnis der Abfrage in Schritt 205 fährt das Verfahren mit Schritt 206 fort, in dem das Abschalten der Brennkraftmaschine 1 durch die Stopp-Start-Automatik 33 wieder freigegeben wird.
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Das Verfahren fährt mit Schritt 207 fort, in dem die Brennkraftmaschine 1 durch die Stopp-Start-Automatik 33 abgeschaltet wird. Dies ist deshalb sinnvoll, da der Kraftfahrzeugführer durch verstärkte oder mehrfache Betätigung des Bremspedals intuitiv seinen Wunsch nach Abschalten der Brennkraftmaschine 1 geäußert hat. Vorteilhafterweise geschieht das Abschalten nur dann, wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 100 geringer ist als eine vorgegebene Geschwindigkeitsschwelle oder wenn das Kraftfahrzeug steht.
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In Schritt 208 wird geprüft, ob eine Bedingung zum Start der Brennkraftmaschine erfüllt ist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Kraftfahrzeugsführer das Gaspedal (nicht dargestellt) betätigt und so seinen Wunsch zu Weiterfahrt äußert.
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Das Verfahren kehrt dann zu Schritt 201 zurück.
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Durch das vorgestellte Verfahren hat der Kraftfahrzeugführer durch entsprechende Einwirkung auf die Bremsvorrichtung einen unmittelbaren Einfluss auf die Aktionen der Stopp-Start-Automatik. Dadurch kann der eigentliche Fahrerwunsch besser berücksichtigt werden. Ferner wird bei der Steuerung der Stopp-Start-Automatik 33 - genauer gesagt bei der Freigabe und der Unterbindung des Abschaltens der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik 33 - die Tatsache genutzt, dass der Kraftfahrzeugführer die Verkehrssituation gut beurteilen und voraussagen kann. Insofern können eine frühzeitige Freigabe des Abschaltens der Brennkraftmaschine 1 durch die Stopp-Start-Automatik 33 und damit weitere Verbrauchssenkungen erzielt werden.