DE102008062508A1

DE102008062508A1 - Stopp-Start-Automatik

Info

Publication number: DE102008062508A1
Application number: DE102008062508A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. Kalweit; Christian Dipl.-Ing. Lorenz; Martin-Claudio Dipl.-Ing. Schuler; Hartung Dr.-Ing. Wilstermann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2010-07-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens mittels einer elektrischen Maschine, bei welchem aus mindestens zwei Startarten (18) mit unterschiedlichen Momenten- und Drehzahlverläufen eine Startart (18) in Abhängigkeit zumindest einer Randbedingung (10) ausgewählt und ausgeführt wird, wobei die unterschiedlichen Drehzahlverläufe mit der gleichen Ansteuerung der elektrischen Maschine (26) gestartet und die unterschiedlichen Momentenverläufe durch Einstellung der Verbrennungskraftmaschine (26) eingestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein Verfahren zum Starten einer Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, bei dem temperaturabhängig zwischen zwei Startarten umgeschaltet wird, ist bereits bekannt. Bei dem aus der DE 102 46 978 A1 bekannten Verfahren werden zwei Temperaturschwellwerte mit einer Temperatur einer Brennkraftmaschine verglichen. Auf Basis dieses Vergleichs wird aus wenigstens zwei Startarten eine Startart ausgewählt. Auch Verfahren zur Vorhersage einer Startfähigkeit eines Verbrennungsmotors sind bereits bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2007 005 241 A1 . Hierbei wird ein zum Starten des Verbrennungsmotors nötiges Moment berechnet und mit einem maximalen Moment, das eine elektrische Maschine zur Verfügung stellen kann, verglichen. Des Weiteren ist in der DE 10 2007 005 240 A1 ein Verfahren offenbart, das beim Starten eines Verbrennungsmotors das Überschwingen desselbigen minimiert. Darüber hinaus beschreibt die DE 10 2006 049 888 A1 ein Verfahren, das die Betriebsparameter eines Hybridantriebs mit einem Verbrennungsmotor, einer elektrischen Maschine und zwei Kupplungen in Abhängigkeit des Fahrerwunsches steuert. Bei diesen Verfahren allerdings werden die unterschiedlichen Startarten durch unterschiedliche Momente der elektrischen Maschine realisiert. Diese Tatsache erfordert elektrische Maschinen, die die Leistung und den Funktionsumfang eines herkömmlichen Starters, wie er bei herkömmlichen Antriebssträngen eingesetzt wird, deutlich übersteigen, woraus hohe zusätzliche Kosten folgen. Der Einsatz solcher elektrischer Maschinen zieht auch eine Neuanordnung beziehungsweise Umgestaltung des gesamten Antriebsstrangs und etwaige daraus resultierende Packageprobleme mit sich.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mittels welchem die aktuelle Fahrsituation des Kraftwagens auf verbesserte Weise berücksichtigt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein solches Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens nutzt eine elektrische Maschine, insbesondere einen Starter, die in einem herkömmlichen Antriebsstrang eines Kraftwagens ohnehin schon vorhanden ist. Bei diesem Verfahren wird aus mindestens zwei Startarten ausgewählt. Diese Startarten weisen unterschiedliche Momenten- und Drehzahlverläufe auf. Die jeweilig ausgewählte Startart wirkt sich bei geschlossenem Kraftfluss durch den Antriebsstrang, also etwa beim Schließen einer Kupplung, wodurch das Motormoment zu Rädern des Kraftwagens übertragen werden kann, direkt auf das Startverhalten des Kraftwagens aus. Dadurch kann beispielsweise die Beschleunigung des Kraftwagens je nach Startart eingestellt werden. Es wird dabei eine Startart in Abhängigkeit zumindest einer Randbedingung ausgewählt und ausgeführt. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens dabei ist, dass die ohnehin in dem herkömmlichen Antriebsstrang des Kraftwagens existierende elektrische Maschine, im Allgemeinen ein Starter, genutzt wird. Dadurch kann der Einsatz von kostenintensiveren und größeren elektrischen Maschinen vermieden werden. Packageprobleme können somit nicht entstehen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die unterschiedlichen Drehzahlverläufe der Startarten mit der gleichen Ansteuerung der elektrischen Maschine gestartet werden. Eine aufwendige, neu zu programmierende Ansteuerung dieser elektrischen Maschine ist dadurch nicht nötig. Die unterschiedlichen Momentenverläufe der Startarten werden durch Einstellungen der Verbrennungskraftmaschine eingestellt. Diese Einstellungen erfolgen mit ohnehin an einer herkömmlichen Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung stehenden Komponenten. Zusätzliche Komponenten, die einerseits Packageprobleme hervorrufen und andererseits hohe Kosten verursachen könnten, sind ebenfalls nicht nötig. Erfindungsgemäß können dabei eine Kraftstoffeinspritzmenge, ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt beziehungsweise -winkel, eine Stellung einer Drosselklappe und/oder der Zündzeitpunkt beziehungsweise -winkel variiert werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Startart auf Basis von Randbedingungen ausgewählt wird, die die Fahrsituation des Kraftwagens, in den die Verbrennungskraftmaschine eingebaut ist, berücksichtigt. So kann beispielsweise durch eventuell sogar schon vorhandene Sensoren die Beschleunigung eines vorausfahrenden Fahrzeugs erfasst werden und als eine Randbedingung zur Auswahl der Startart genutzt werden. Dies stellt einen hohen Komfortzuwachs für den Fahrer besonders im Stopp- and Go-Verkehr dar. Beschleunigt das vorausfahrende Fahrzeug sehr stark, kann eine stark beschleunigende Startart gewählt werden. Beschleunigt das Fahrzeug eher langsam, so wird auch die Startart dementsprechend ausgewählt. Besonders vorteilhaft erweist sich dies, wenn die Verbrennungskraftmaschine nach einem automatischen Stopp automatisch wieder gestartet wird, wie es beispielsweise in einem Stopp-Start-Betrieb bekannt ist.
An Stelle der Beschleunigung eines vorausfahrenden Fahrzeugs kann allgemeiner auch ein freier Abstand des Kraftwagens, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird, nach vorne als eine Randbedingung zur Auswahl der Startart genutzt werden. Wird über Sensoren beispielsweise eine vorausstehende Wand detektiert, so liegt es nahe, dass der Kraftwagen abbiegen muss. Dementsprechend ist eine allzu große Beschleunigung auf der vorliegend kurzen Stecke unnötig, und es kann eine Startart gewählt werden, die eine weniger starke Beschleunigung vorsieht. Dies bedeutet einen hohen Sicherheitszuwachs, da eine zu hohe Geschwindigkeit des Kraftwagens und ein mögliches Ausbrechen desselbigen vermieden wird.
Eine weitere mögliche Randbedingung ist beispielsweise der Neigungswinkel des Kraftwagens. Wird zum Beispiel über einen Beschleunigungssensor detektiert, dass der Kraftwagen an einem Berg steht und anfahren muss, so kann an der Verbrennungskraftmaschine ein dementsprechend höheres Moment eingestellt werden, um etwa ein Rückrollen des Kraftwagens zu vermeiden. Auch hier wird dem Fahrer eine schwierige Aufgabe abgenommen. Selbstverständlich kann die Detektierung des Neigungswinkels auch anderweitig als mit einem Beschleunigungssensor erfolgen.
Besonders vorteilhaft erweist sich das Verfahren, wenn als eine Randbedingung zur Auswahl der Startart der Fahrerwunsch genutzt wird. Steht der Kraftwagen beispielsweise an einer Ampel und wird der Motor im Stopp-Start-Betrieb ausgeschaltet, so kann durch die Erfassung des Winkels des Gaspedals oder durch die Erfassung der Änderung der Stellung des Gaspedals der Wunsch des Fahrers abgeleitet werden, wie schnell dieser bei grün werdender Ampel beschleunigen will. Gemäß dieses Wunsches ist das nötige Moment der Verbrennungskraftmaschine einzustellen. Bewegt der Fahrer das Gaspedal langsam, so kann ein weicher, langsamer und komfortabler Start erfolgen. Bewegt der Fahrer das Gaspedal schnell, so kann der Fokus auf eine schnelle Beschleunigung gelegt und ein unkomfortables Anfahren vernachlässigt werden. Es ist natürlich vorstellbar, den Fahrerwunsch auf andere Weise zu erfassen. So kann beispielsweise auch ein Knopf oder ein Schalter im Fahrercockpit existieren, den der Fahrer in eine gewisse Position bringt, und dadurch einen Wunsch nach beispielsweise Sportlichkeit oder Komfort oder anderen Starteigenschaften ausdrückt. Wird das Verfahren in seiner bevorzugten Ausführungsform im Stopp-Start-Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ausgeführt, so ist es von großem Vorteil, dass sich die Verbrennungskraftmaschine immer in einem betriebswarmen Zustand sich befindet. Dadurch können die Einstellungen an der Verbrennungskraftmaschine nahezu beliebig erfolgen. Natürlich kann das Verfahren auch bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden, wobei dann aber gewisse Aspekte einer sicheren Durchführung des Starts der Verbrennungskraftmaschine beachtet werden müssen.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen besonders dann zum Tragen, wenn es in einem Kraftwagen angewendet wird, der in seinem Antriebsstrang über ein Automatikgetriebe verfügt. In diesem Fall ist es möglich, dass gemäß der auf Basis einer oder mehrerer Randbedingungen ausgewählten Startart ein bestimmter Gang des Getriebes eingelegt wird. Die Gangwahl kann dabei als Funktion des Neigungswinkels des Kraftwagens erfolgen. Darüber hinaus können weitere Randbedingungen berücksichtigt werden, so zum Beispiel der erwähnte Fahrerwunsch. Andere Beziehungen sind allerdings auch möglich.
Es versteht sich, dass eine derartige prädiktive Stopp-Start-Automatik auch andere und/oder weitere Randbedingungen berücksichtigen kann.
Die unterschiedlichen Startarten werden wie erwähnt mit der gleichen Ansteuerung der elektrischen Maschine, insbesondere des Starters, gestartet, und die unterschiedlichen Momentenverläufe durch Einstellung der Verbrennungskraftmaschine eingestellt. In der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird zur Einstellung der Verbrennungskraftmaschine eine Kraftstoffeinspritzmenge der Verbrennungskraftmaschine variiert. Außerdem betrifft die Einstellung der Verbrennungskraftmaschine eine Variation eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts, eine Stellung der Drosselklappe und ein Zündzeitpunkt der Verbrennungskraftmaschine.
Optimaler Weise werden alle genannten Variationsmöglichkeiten durchgeführt, alternativ können aber auch weniger oder nur eine Einstellung erfolgen.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zwischen den Startarten Komfortstart, Hangstart und Sprintstart unterschieden. Mehr oder weniger Startarten sind dabei allerdings ebenfalls vorstellbar. Existieren im konkreten Fall diese genannten Startarten, so weist die Startart Komfortstart den geringsten Momentenverlauf auf, der Momentenverlauf der Startart Hangstart liegt über dem von Komfortstart, und die Startart Sprintstart weist den höchsten Momentenverlauf der drei genannten Startarten auf. Wie den Namen zu entnehmen ist, handelt es sich beim Komfortstart um eine Startart, bei der ein weicher, sanfter Start der Verbrennungskraftmaschine und damit des Kraftwagens erfolgt. Die Startart Hangstart ist darauf ausgerichtet, einen am Hang stehenden Kraftwagen zu beschleunigen, ohne dass dieser rückwärts rollt. Die Startart Sprintstart ermöglicht einen sehr schnellen Start des Kraftwagens durch ein hohes Moment der Verbrennungskraftmaschine, wobei eine hohe Beschleunigung im Vordergrund steht, und Komforteinbußen in Kauf genommen werden. Durch das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren lässt sich somit ein Verhalten beim automatischen Start der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere während des Stopp-Start-Betriebs, realisieren, das sich der Fahrsituation anpasst. Es handelt sich also um eine die Fahrsituation berücksichtigende Einflussnahme auf den Startvorgang einer Verbrennungskraftmaschine in Fahrzeugen, die vorzugsweise mit einer Stopp-Start-Automatik ausgerüstet sind. Durch Schließen des Kraftflusses im Antriebsstrang kann somit das Anfahrverhalten des Kraftwagens beeinflusst und sehr schnell eingestellt werden, da die Verbrennungskraftmaschine nicht erst auf Leerlaufdrehzahl gebracht werden muss. Der Wiederstart der Verbrennungskraftmaschine kann ohne zusätzliche kostenintensive Komponenten erfolgen. Die Vorteile des Verfahrens kommen dabei besonders beim Stop- and Go-Verkehr, insbesondere während eines Staus, zum Tragen, es erweist sich aber auch in anderen Fahrsituationen als besonders vorteilhaft. Innerhalb einer Startart kann es beispielsweise auch möglich sein, den Momentenverlauf leicht zu variieren. So kann in einem konkreten Beispiel bei der Startart Sprintstart zwischen einer schnellen und einer sehr schnellen Beschleunigung unterschieden werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.
Die Figur zeigt einen schematischen Ablauf einer Auswahl einer Startart.
Die Figur zeigt unterschiedliche Randbedingungen 10, die durch unterschiedliche Erfassungsvorrichtungen in einem Kraftwagen erfasst werden. Ein Fahrerwunsch 11 kann vorzugsweise über einen Winkelgeber detektiert werden, der die Stellung eines Gaspedals erfasst. Alternativ kann eine Änderung der Stellung des Gaspedals gemessen und Rückschlüsse auf den Fahrerwunsch gezogen werden. Andere Erfassungsmöglichkeiten des Fahrerwunsches sind aber ebenfalls denkbar. Eine Fahrzeugneigung 12 kann beispielsweise mittels Beschleunigungssensoren gemessen werden, die die Neigung des Fahrzeugs um eine bestimmte Fahrzeugachse erfassen. Ein freier Abstand 14 nach vorne kann über Abstandssensoren ermittelt werden, auch kann eine Radaranlage verwendet werden, wie sie zum Beispiel in Fahrzeugen mit automatischer Geschwindigkeitsregelung bereits verbaut ist. In gleicher Weise kann eine Beschleunigung eines vorausfahrenden Fahrzeugs 16 sensiert werden.
Die erfassten Werte der Randbedingungen laufen in einer schematisch dargestellten Berechnungseinheit 18 zusammen. Diese Berechnungseinheit wertet die erfassten Daten aus, gewichtet sie gegebenenfalls, und wählt in dieser bevorzugten Ausführungsform eine Startart aus drei vorgegebenen Startarten 20, 22, 24 aus. Alternativ kann eine dezentrale Verarbeitung der Randbedingungsdaten erfolgen.
Die Startart Komfortstart 20 wird beispielsweise dann ausgeführt, wenn der Fahrer einen sanften, komfortbetonten Start über eine eher langsame Gaspedalbewegung wünscht. Wie der Name der Startart Komfortstart 20 schon sagt, steht ein komfortbetonter Start im Vordergrund.
Alternativ dazu steht die Startart Hangstart 22 zur Auswahl. Sie wird beispielsweise dann durchgeführt, wenn die Erfassung der Fahrzeugneigung 12 zeigt, dass das Fahrzeug an einem Berg steht. Dann wird ein Moment an einer Verbrennungskraftmaschine im Kraftwagen so eingestellt, dass der Kraftwagen nicht droht zurückzurollen. Gleichzeitig muss eine Kupplung zumindest schlupfend eingestellt und/oder die Bremsen leicht angelegt werden, beziehungsweise der Kraftfluss von der Verbrennungskraftmaschine zu den Rädern hergestellt werden, was aber nicht Teil des beschriebenen Verfahrens ist. Im Vergleich zum Komfortstart 20 muss beim Hangstart 22 ein etwas höheres Moment eingestellt werden, da eine Hangabtriebskraft den Kraftwagen zum Zurückrollen bewegen will.
Die dritte auszuwählende Startart stellt ein Sprintstart 24 dar. Diese Startart wird dann ausgeführt, wenn der Fahrer beispielsweise an einer roten Ampel, die gerade grün wird, das Gaspedal schnell nach unten bewegt. Dadurch wird als Fahrerwunsch 11 ein hohes gewünschtes Moment detektiert, das entsprechend an der Verbrennungskraftmaschine eingestellt werden muss. Aspekte des Komforts treten dabei in den Hintergrund. Ist die Auswahl einer Startart erfolgt, wird sie an entsprechenden Motorkomponenten durch eine entsprechende Ansteuerung umgesetzt 26. Eine elektrische Maschine wird dabei zum Starten der Verbrennungskraftmaschine immer gleich angesteuert. Das gemäß der Startart unterschiedlich einzustellende Moment wird durch Einstellungen der Verbrennungskraftmaschine eingestellt. Dabei werden vorzugsweise eine Kraftstoffeinspritzmenge, ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, eine Stellung der Drosselklappe und ein Zündwinkel variiert. Durch Variation dieser Einstellungen ist es möglich, das Moment der Verbrennungskraftmaschine in gewollter Weise einzustellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10246978 A1 [0002]
- DE 102007005241 A1 [0002]
- DE 102007005240 A1 [0002]
- DE 102006049888 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagen mittels einer elektrischen Maschine, bei welchem aus mindestens zwei Startarten (18) mit unterschiedlichen Momenten- und Drehzahlverläufen eine Startart in Abhängigkeit zumindest einer Randbedingung (10) ausgewählt und ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Drehzahlverläufe mit der gleichen Ansteuerung der elektrischen Maschine gestartet und die unterschiedlichen Momentenverläufe durch Einstellung der Verbrennungskraftmaschine (26) eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als eine Randbedingung eine Beschleunigung eines vorausfahrenden Fahrzeugs (16) genutzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als eine Randbedingung ein freier Abstand des Kraftwagens nach vorne genutzt (14) wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als eine Randbedingung ein Neigungswinkel (12) des Kraftwagens genutzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als eine Randbedingung ein Fahrerwunsch (11) genutzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Verbrennungskraftmaschine eine Kraftstoffeinspritzmenge variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Verbrennungskraftmaschine ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Verbrennungskraftmaschine eine Stellung der Drosselklappe variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Verbrennungskraftmaschine ein Zündwinkel variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem betriebswarmen Zustand durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach einem automatischen Stopp der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren zwischen den Startarten Komfortstart (20), Hangstart (22) und Sprintstart (24) unterschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Momentenverlauf in folgender Reihenfolge ansteigend eingestellt wird: Komfortstart (20), Hangstart (22), Sprintstart (24).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels eines ohnehin vorhandenen Starters als elektrische Maschine durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gang eines Getriebes, insbesondere eines Automatikgetriebes, als Funktion des Neigungswinkels (12) des Kraftwagens eingelegt wird.