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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybrid-Kraftfahrzeuges,
welches eine Brennkraftmaschine, ein Getriebe, mindestens eine zwischen
Brennkraftmaschine und Getriebe angeordnete E-Maschine und eine
zwischen E-Maschine bzw.
einem Startergenerator und Getriebe angeordnete, insbesondere nichtautomatisierte
Kupplung aufweist, wobei eine Start-Stopp-Automatik die Brennkraftmaschine
in vorbestimmten Betriebssituationen abschaltet und bei Lastanforderung
durch einen Fahrer wieder mittels der E-Maschine bzw. des Startergenerators
startet, gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
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Es
sind im Stand der Technik Hybridfahrzeuge bekannt, die zwischen
einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe eine E-Maschine (Startergenerator)
aufweisen. Die E-Maschine ist üblicherweise
bei Handschaltgetrieben gegenüber
dem Getriebe mit einer Kupplung trennbar, wobei diese Kupplung auch als
Anfahrkupplung dient.
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Zumindest
im Fahrzeugstillstand, aber auch in Verzögerungsphasen, kann bei solchen
Fahrzeugen die Brennkraftmaschine zur Kraftstoffeinsparung abgeschaltet
werden. Hierzu ist beispielsweise aus der
DE 100 40 094 A1 eine automatische Start-Stopp-Steuer/Regelvorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges bekannt. Der Wiederstart
der Brennkraftmaschine erfolgt über
die E-Maschine, auch Startergenerator genannt, spätestens
bei Vorliegen eines Fahrerwunschmomentes. Da Hybridfahrzeuge über im Vergleich
zu einem konventionellen Anlasser deutlich leistungsstärkere Elektromotoren
verfügen,
ist der Motorwiederstart mit hohem Komfort möglich.
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Problematisch
ist eine Konfiguration, bei der die E-Maschine nicht schaltbar mit
der Kurbelwelle verbunden ist. Bei einem Wiederstart muss der Kraftfluss
zwischen E-Maschine bzw. Brennkraftmaschine einerseits und Getriebe
andererseits getrennt sein, da sich ansonsten das Kraftfahrzeug
bei Bestromung der E-Maschine zum Starten der Brennkraftmaschine in
Bewegung setzen würde.
Rechnet der Fahrer nicht damit, besteht die Gefahr eines unbeabsichtigten Losfahrens
was ggf. Schaden an Sachen und/oder Personen zur Folge haben kann.
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Im
Stand der Technik sind mehrere Einschränkungen für das Abschalten des Verbrennungsmotors
vorgesehen, wie beispielsweise aus der
DE 101 61 343 A1 bekannt.
So muss beispielsweise die Bremse getreten sein und/oder die Kupplung
darf nicht geöffnet
sein und/oder es darf kein Gang eingelegt sein und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit muss
kleiner 1 km/h, vorzugsweise Null betragen. Bei Fahrern von Kraftfahrzeugen
ist jedoch im Standard-Anwendungsfall der Start-Stopp-Automatik, beim
Halt an einer roten Ampel mit nachfolgendem Wiederanfahren ein sehr
unterschiedliches Verhalten hinsichtlich Betätigung von Kupplung und Bremse sowie
Einlegen eines Ganges zu beobachten. Wird der Fahrer nun beispielsweise
gezwungen, zur Durchführung
eines Start-Stopp-Betriebs die Bremse ständig zu treten und keinen Gang
einzulegen und die Kupplung nicht zu treten, so erfordert dies mit
hoher Wahrscheinlichkeit eine Änderung
seines Verhaltens, was als unkomfortabel empfunden wird und somit
eine suboptimale Nutzung der Start-Stopp-Automatik nach sich zieht.
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Ein
Wiederstart des Verbrennungsmotors nach der Einleitung eines automatischen
Stopp-Betriebes kann über
verschiedene Verfahren erfolgen. So kann bei Fahrzeugen mit Automatikgetrieben
beispielsweise das Lösen
des Bremspedals oder das Betätigen
des Gaspedals als Signal für
den Wiederstart verwendet werden. Hierbei muss durch die Getriebesteuerung
sichergestellt werden, dass kein Gang eingelegt ist bzw. kein Kraftschluss
in einer automatisierten Kupplungseinheit vorliegt. Einem Fahrzeug
mit Handschaltgetriebe kann der Startvorgang beispielsweise über das
Durchtreten des Kupplungspedals initiiert werden. In diesem Fall
muss vor dem Beginn des Startvorgangs gewährleistet sein, dass die Kupplung
voll getreten bzw. voll getrennt ist und/oder dass kein Gang eingelegt
ist.
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Die
leistungsstarken E-Maschinen von Hybridfahrzeugen arbeiten für die Darstellung
einer sehr kurzzeitigen Startzeit des Verbrennungsmotors mit vergleichsweise
hohen Drehmomenten. Dadurch kann der Kurbeltrieb entsprechend schnell
beschleunigt werden, sodass für
den Fahrer praktisch keine spürbare
Verzögerung
entsteht, falls aus einem automatischen Stopp-Betrieb wieder angefahren
werden soll. Läge
dabei eine kraft- beziehungsweise formschlüssige Verbindung über die
Kupplung beziehungsweise das Getriebe zu den Antriebsrädern vor, würde der
Startvorgang sofort zu einer sehr starken Beschleunigung des Fahrzeugs
führen,
was neben den Komforteinbußen
auch mit erheblichen Unfallgefahren verbunden wäre. Aus diesem Grund wird zum Beispiel
bei Handschaltgetrieben über
Kupplungsschalter eine geöffnete
Kupplung und/oder über
einen Sensor für
den Gangsteller des Getriebes dessen Neutralstellung detektiert,
bevor der Startvorgang eingeleitet wird. Durch die redundante Ausführung ist
gewährleistet, dass
auch bei einem defekten Kupplungsschalter (Signal Kupplung getrennt,
obwohl mechanisch geschlossen oder teilgeschlossen) kein Moment
zu den Antriebsrädern
geleitet wird. Der Einbau des zusätzlichen Getriebesensors führt bei einem
Handschaltgetriebe zu erhöhten
Kosten, während
Automatikgetriebe häufige
serienmäßig eine Gangerkennung
besitzen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betriebssicherheit von
Hybrid-Kraftfahrzeugen bei einem Start, vorzugsweise einem automatischen Wiederstart
der Brennkraftmaschine nach einer Stopp-Phase mit abgeschalteter
Brennkraftmaschine zu erhöhen
und gleichzeitig Kosten zu senken.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren
Ansprüchen
beschrieben.
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Dazu
ist es bei einem Verfahren der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass während
des Wiederstartens der Brennkraftmaschine mit dem Startergenerator
eine Fahrzeugbeschleunigung bestimmt und mit einer vorbestimmten
Grenzbeschleunigung verglichen wird, wobei in einem ersten Fall, bei
dem ein Betrag der bestimmten Fahrzeugbeschleunigung kleiner oder
gleich als ein Betrag der vorbestimmten Grenzbeschleunigung ist,
das Wiederstarten fortgesetzt wird und in einem zweiten Fall, bei
dem ein Betrag der bestimmten Fahrzeugbeschleunigung größer als
ein Betrag der vorbestimmten Grenzbeschleunigung ist, das Wiederstarten
abgebrochen wird.
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Dies
hat den Vorteil, dass bei Sensorausfällen bei Kupplung und/oder
Getriebe die Sicherheit für den
Fahrzeugbetrieb erhöht
ist. Darüber
hinaus kann bei einem Handschaltgetriebe ggf. auf einen zusätzlichen
Sensor im Getriebe verzichtet werden, da durch den schnellen Startabbruch
das Fahrzeug auch bei defektem Kupplungssensor eine Sicherheitsfunktion
aktiv ist, die gewährleistet,
dass das Fahrzeug in diesem Fall bei einem Wiederstart der Brennkraftmaschine
nur eine sehr geringe Wegstrecke zurücklegt.
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Zweckmäßigerweise
wird zum Bestimmen der Fahrzeugbeschleunigung eine Fahrzeuggeschwindigkeit
gemessen und über
die Zeit differenziert.
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Da
aufgrund der typischerweise hohen Startmomente eine starke Fahrzeugbeschleunigung selbst
für den
Fall, dass für
den Anfahrvorgang versehentlich ein hoher Gang gewählt wurde,
auftritt, kann die zulässige
Fahrzeugbeschleunigung (Betrag der vorbestimmten Grenzbeschleunigung)
auch größer als
0 sein, um einen regulären
Start bzw. Wiederstart bei Vorliegen eines Gefälles weiterhin zuzulassen.
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Wird
das Wiederstarten der Brennkraftmaschine durch Überschreiten des Schwellwertes
(vorbestimmte Grenzbeschleunigung) abgebrochen, ist es weiterhin
von Vorteil, zu diesem Zeitpunkt nicht nur den Startvorgang abzubrechen,
sondern das Hybrid-Kraftfahrzeug aktiv zu verzögern. Dies kann durch Wechsel
der E-Maschine vom motorischen in dem generatorischen Betrieb und/oder
durch einen Eingriff der Fahrzeugbremse erfolgen.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese
zeigt in
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1 ein
schematisches Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und
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2 eine
graphische Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens über die
Zeit t im Falle des Abbruches des Starts bzw. Wiederstartens der
Brennkraftmaschine.
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Erfindungsgemäß ist es
bei einem Hybrid-Kraftfahrzeuges mit E-Maschine gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorgesehen, über
eine möglichst
schnelle Datenverarbeitungskette (Datenübertragungsgeschwindigkeit <=50ms, vorzugsweise <=20ms, besonders
bevorzugt <=10ms)
das Signal einer Fahrzeuggeschwindigkeit während eines angeforderten Starts
bzw. Wiederstarts der Brennkraftmaschine des Hybrid-Kraftfahrzeuges
nach einer Stopp-Phase mit abgeschalteter Brennkraftmaschine über die
Zeit zu differenzieren und auszuwerten. Der so berechnete Beschleunigungswert
wird anschließend
mit einer zulässigen
Grenzbeschleunigung verglichen. liegt im zeitlichen Bereich des
Motorhochlaufes während
des Starts bzw. Wiederstarts eine größere positive Fahrzeugbeschleunigung
als zulässig
vor, wird der Motorstartvorgang bzw. das Wiederstarten der Brennkraftmaschine
nach einer Stopp-Phase mit abgeschalteter Brennkraftmaschine abgebrochen.
Die zusätzlichen
Auswertungen und Berechnungen können
in einem separaten Steuergerät
vorzugsweise aber im Steuergerät
des Verbrennungsmotors oder auch des Elektromotors durchgeführt werden.
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Durch
die hohen Datenübertragungsraten
in modernen Steuergeräten
beziehungsweise in den die Steuergeräte verbindenden Signalleitungen
kann ein sehr schneller Verfahrensablauf gewährleistet werden. Mit dem beschriebenen
Verfahren soll erreicht werden, dass beispielsweise ein Pkw bei
einem Startvorgang mit eingelegtem Gang und geschlossener Kupplung,
einem mittleren elektromotorischen Moment für den Startvorgang des Verbrennungsmotors
in einem Bereich zwischen 20 und 400 Nm und einem Fahrzeuggewicht
zwischen 700 und 2700 kg eine Strecke von weniger als 1,2 m, vorzugsweise
weniger als 0,7 m und besonders bevorzugt weniger als 0,3 m zurücklegt.
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Erfindungsgemäß wird somit
ein neues Sicherheitsverfahren vorgeschlagen, welches bei einem
Startvorgang einer Brennkraftmaschine bzw. bei einem Wiederstartvorgang
nach einer Stopp-Phase mit abgeschalteter Brennkraftmaschine ohne
Reduzierung des ursprünglichen
Startmomentes erkennt, ob ein Kraftschluss zu den Antriebsrädern vorliegt und
bei Detektion einer Vorwärtsbewegung
des Fahrzeuges (also einem Fehlerfall) einen Startabbruch einleitet
bzw. gezielt das Fahrzeug zum stehen bringt.
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1 veranschaulicht
schematisch einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Block 10 "Fahrzeuggeschwindigkeit" wird eine Fahrzeuggeschwindigkeit
vfzg erfasst. In Block 12 wird die Fahrzeuggeschwindigkeit
vfzg differenziert gemäß afzg =
dvfzg/dt, so dass die Fahrzeugbeschleunigung afzg bestimmt wird,
wenn in Block 14 ein Motorstart/Motorhochlauf erkannt wird.
In Block 16 wird die bestimmte Fahrzeugbeschleunigung afzg
mit einem vorbestimmten Grenzwert "afzg, zul." verglichen und bestimmt, ob afzg > afzg, zul. ist. Falls
das Ergebnis des Vergleiches in Block 16"ja" ist (Block 18), dann wird
in Block 20 ein Startabbruch initiiert und ggf. des Fahrzeug
gebremst. Falls das Ergebnis des Vergleiches in Block 16 "nein" ist (Block 22),
dann wird in Block 24 der Start bzw. Wiederstart als "zulässig" bewertet und der
Hochlauf der Brennkraftmaschine wird nicht unterbrochen.
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2 veranschaulicht
graphisch den Fall, dass der Start bzw. Wiederstart der Brennkraftmaschine
nach einer Stopp-Phase mit abgeschalteter Brennkraftmaschine abgebrochen
wird. Auf den horizontalen Achsen 26 und 28 ist
die Zeit t aufgetragen. Auf der vertikalen Achse 30 ist
die Fahrzeugbeschleunigung afzg und auf der vertikalen Achse 32 ist die
Fahrzeuggeschwindigkeit vfzg jeweils über die Zeit t aufgetragen.
Eine Linie 34 kennzeichnet die vorbestimmte Grenzbeschleunigung
afzg zul.. Zum Zeitpunkt 36 beginnt der Start bzw. Wiederstart
der Brennkraftmaschine nach einer Stopp-Phase mit abgeschalteter
Brennkraftmaschine. Zum Zeitpunkt 38 wird erkannt, dass
die vorbestimmte Grenzbeschleunigung afzg zul. überschritten ist. Bei 40 wird
der Startabbruch berechnet und eingeleitet. Bei 42 wird das
Fahrzeug verzögert.
Die Zeitspanne 44 kennzeichnet ein Rechenraster bzw. einen
Systemtakt der elektrischen Steuerung. Der Graph 46 gibt
den Verlauf der Fahrzeugbeschleunigung afzg über die Zeit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
wieder. Der Graph 48 gibt den Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit
vfzg über
die Zeit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
wieder. Die gestrichelte Linie 50 gibt den Verlauf der
Fahrzeugbeschleunigung afzg über
die Zeit ohne das erfindungsgemäße Verfahren
wieder, d.h. ohne Startabbruch. Die gestrichelte Linie 52 gibt den
Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit vfzg über die Zeit ohne das erfindungsgemäße Verfahren
wieder, d.h. ohne Startabbruch.
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- 10
- Block:
Fahrzeuggeschwindigkeit vfzg erfassen
- 12
- Block:
avfzg = dvfzg/dt
- 14
- Block:
Erkennen Motorstarl/Motorhochlauf
- 16
- Block:
afzg > afzg, zul.
- 18
- Block:
ja"
- 20
- Block:
Startabbruch (ggf. Fzg. abbremsen)
- 22
- Block: "nein"
- 24
- Block:
Start zulässig
- 26
- Achse:
t
- 28
- Achse:
t
- 30
- Achse:
Fahrzeugbeschleunigung afzg
- 32
- Achse:
Fahrzeuggeschwindigkeit vfzg
- 34
- Linie:
Grenzbeschleunigung afzg zul.
- 36
- Motorstart
- 38
- Erkennen
vorbestimmte Grenzbeschleunigung afzg zul. überschritten
- 40
- Berechnung
und Einleitung Startabbruch
- 42
- Fzg.
Verzögern.
- 44
- Zeitspanne
- 46
- Graph:
Fahrzeugbeschleunigung afzg über die
Zeit
- 48
- Graph:
Fahrzeuggeschwindigkeit vfzg über
die Zeit
- 50
- gestrichelte
Linie: Fahrzeugbeschleunigung afzg über die Zeit
- 52
- gestrichelte
Linie: Fahrzeuggeschwindigkeit vfzg über die Zeit