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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 nicht-automatisierte 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 <= 50 ms, vorzugsweise <= 20 ms, besonders bevorzugt <= 10 ms) 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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Bezugszeichenliste
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- 10
- Block: Fahrzeuggeschwindigkeit vfzg erfassen
- 12
- Block: avfzg = dvfzg/dt
- 14
- Block: Erkennen Motorstart/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
