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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von Fahrzeugen mit einem Hauptantriebaggregat
und einer Hilfs-Traktionsenergiequelle und deren Betriebssteuerung.
Die Erfindung betrifft die Steuerung von Fahrzeugen mit einer Kombination
eines Verbrennungsmotors mit einem elektrischen Zwischenspeicher,
die als Hybridantrieb bezeichnet wird, und betrifft gleichermaßen Brennstoffzellen
getriebene Fahrzeuge mit einem Brennstoffzellenaggregat und einem
elektrischen Zwischenspeicher.
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Im
Allgemeinen wird bei Fahrzeugen der Antrieb zur Beschleunigung und Überwindung
des Luft- und Rollwiderstands verwendet, die beim Beschleunigen
bzw. beim Fahren mit konstanter Geschwindigkeit auftreten. Verkehrsbedingt
ergeben sich somit Situationen, in denen der Antrieb nicht zur Bewegung des
Fahrzeugs beiträgt,
beispielsweise wenn das Fahrzeug ausrollt. Wird zum Antrieb ein
Verbrennungsmotor verwendet, so wird Kraftstoff auch dann verbraucht,
wenn der Antrieb keine Bewegungsleistung erzeugt. Auch bei Brennstoffzellen
getriebenen Fahrzeugen bestehen Situationen, bei denen lediglich
der elektrischen Zwischenspeicher als Traktionsenergiequelle dient
und das Brennstoffzellenaggregat aus betriebswirtschaftlichen Gründen im
Standby-Modus betrieben werden sollte.
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Bislang
werden Kraftfahrzeuge verwendet, bei denen der Fahrer sämtliche
An- und Ausschaltprozesse selbst durchführt, wobei dies durch Drehen eines
Zündschlüssels bzw.
durch eine zusätzliche Taste,
mit dem/der der Fahrer den Betriebszustand des Antriebs steuern
kann. Automatisierte Verfahren erkennen beispielsweise an Kupplungsvorgängen bei
Schaltgetrieben anhand des eingestellten Leerlaufs, dass der Motor
abgestellt werden kann oder das Brennstoffzellenaggregat in den
Standby-Modus versetzt wird. Für
das Brennstoffzellenaggregat wird der Standby-Modus wird auch als
Idle- oder Leerlauf-Modus bezeichnet. Der Verbrennungsmotor oder
das Brennstoffzellenaggregat wird wieder gestartet, wenn die Kupplung
nochmals betätigt
wird.
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Eine
derartige automatische Steuerung basiert jedoch auf Kupplungssignalen,
die beispielsweise bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe nicht auftreten.
Prinzipiell ergibt sich das Problem bei der automatischen Steuerung,
dass bei seltenem An- und Ausschalten des Verbrennungsmotors (d.
h. Starten und Stoppen des Verbrennungsmotors) dieser in Situationen
läuft,
in denen auf den Verbrennungsmotor verzichtet werden kann, so dass
sich eine ungünstige Energiebilanz
ergibt. Wird jedoch der Verbrennungsmotor immer dann ausgeschaltet
bzw. wieder gestartet, wenn er auch nur kurzfristig nicht belastet
wird, dann ergeben sich starke Verschleißerscheinungen am Motor und
insbesondere am Starter, die zu höheren Wartungskosten und verringerter
Lebensdauer führen.
Dies gilt auch für
Brennstoffzellenaggregate (anstatt des Verbrennungsmotors), die
nicht mit beliebiger Häufigkeit
und Frequenz an- und abgestellt (d. h. Änderung vom Standby- in den
Aktivmodus und umgekehrt) werden können, ohne dass die Brennstoffzellenaggregate
ineffizient arbeiten oder auf lange Sicht Schaden nehmen.
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Da
bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe die Situationen, in denen der
Verbrennungsmotor auszuschalten ist, von den Situationen schlecht
zu trennen ist, in denen der Verbrennungsmotor weiterlaufen soll,
ist eine Optimierung der Verbrennungsmotorsteuerung schwierig. Insbesondere
wenn bei Automatikgetrieben jedes Mal dann der Verbrennungsmotor
gestoppt wird, wenn das Fahrzeug steht und das Bremspedal betätigt wird,
ergibt sich eine deutlich erhöhte
Belastung des Startsystems durch die höhere Anzahl an Startvorgängen. Die
betrifft gleichermaßen
Brennstoffzellen getriebene Fahrzeuge, die per se keine Schaltung
aufweisen.
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Insbesondere
bei Start-/Stoppsystemen mit Automatikgetriebe, bei Hybridfahrzeugen
oder bei Brennstoffzellen getriebenen Fahrzeugen ist die Optimierung
der Steuerung des Hauptantriebaggregats schwierig.
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Steuerungsmechanismus
vorzusehen, der das Hauptantriebaggregat in geeigneten Situationen
ausstellt und gleichzeitig die Anzahl der Aktivierungsvorgänge des
Hauptantriebaggregats (d. h. Anlassen des Verbrennungsmotors bzw.
Aktivieren des Brennstoffzellenaggregats) in üblichen Verkehrssituationen verringert.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung ermöglicht
eine Kraftstoff sparende Steuerungsweise des Hauptantriebaggregats, wobei
die Anzahl an Starts (d. h. Aktivierungsvorgängen) nicht erhöht ist und
somit der Wartungsaufwand und die Belastung des Antriebs verringert
ist. Gleichzeitig ist es nicht notwendig, dass ein Bediener manuelle
Steuerungstätigkeiten
ausführt,
wodurch der Fahrkomfort erhöht
ist und Bedienfehler vermieden werden. Ebenso werden Fehlentscheidungen
durch den Benutzer vermieden. Gleichzeitig ist das Konzept ohne
weiteres in Fahrzeugen mit Automatikgetriebe verwendbar, da Kupplungssignale
zur Steuerung nicht notwendig sind. Das Hauptantriebaggregat kann
als Verbrennungsmotor oder als Brennstoffzellenaggregat vorgesehen
sein.
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Das
der Erfindung zugrunde liegenden Konzept ist es, nicht nur die Tatsache
der Betätigung
der Bremse selbst, sondern die Betätigungsdauer der Bremse zu
erfassen und als Maß für die Steuerung des
Hauptantriebaggregats zu verwenden. Erfindungsgemäß werden
kurze Betätigungen
von lang anhaltenden Betätigungen
getrennt, wobei die Betätigungsdauer
ein Hinweis auf die Fahrsituation ist, dergemäß der Betrieb des Hauptantriebaggregats gesteuert
werden soll. So lässt
sich eine lange Betätigungsdauer
ohne Weiteres einem längerfristigen Haltewunsch
(beispielsweise zum Aussteigen) zuordnen, wobei kurze Betätigungen
Korrekturen zuzuordnen sind, die sich aus Anpassungen an einen Verkehrsfluss
ergeben, und bei denen das Hauptantriebaggregat nicht ausgeschaltet
werden soll bzw. nicht in den Standby-Modus gehen soll. In anderen
Worten wird ausgehend von der Betätigungsdauer der Bremse ermittelt,
ob das Fahrzeug tatsächlich
zum Stillstand gebracht werden soll und somit das Hauptantriebaggregat
ausgeschaltet werden kann, oder ob es sich nur um Bremsbetätigungen
handelt, die zur Anpassung an den Verkehrsfluss dienen und die nicht darauf
hindeuten, dass das Fahrzeug länger
zum Stillstand kommt, beispielsweise geparkt wird. Erfindungsgemäß wird daher
die Betätigung
eines Bremspedals erfasst, beispielsweise durch Erfassen des Drucks
im Bremskreislauf oder durch Erfassen des Betätigungsgrads anhand eines Sensors,
der mit dem Bremspedal (oder mit dem Bremssystem) verbunden ist.
Zudem wird erfindungsgemäß dahingehend
unterschieden, ob die Betätigung
durchgehend ist (und somit einen zu erwartenden längeren Stillstand
markiert) oder ob die Betätigung
in Intervallen durchgeführt
wird, zwischen denen die Betätigung des
Bremspedals unterbrochen ist (wie es beispielsweise bei kurzen Abbremsmanövern der
Fall ist, die durch den Verkehrsfluss verursacht werden). Daher wird
die unun terbrochene Betätigung
des Bremspedals erfasst, so dass bei der Ermittlung der Betätigungsdauer
ein Timer oder ein Zähler
wieder zurückgesetzt
wird, wenn eine Unterbrechung der Betätigung auftritt. Die Betätigungsdauer
kann mittels eines Timers erfasst werden oder mittels eines Zählers mit
einem festen Zähltakt
oder durch ähnliche
Vorrichtungen.
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Zur
Beurteilung der Betätigungsdauer
wird die erfasste Betätigungsdauer
(nachdem das Bremspedal wieder gelöst wurde) mit einem Schwellwert
in Form einer Mindestdauer verglichen, die beispielsweise gespeichert,
vorbestimmt oder berechnet wird. Aufgrund dieses Vergleichs wird
der Verbrennungsmotor abgeschaltet bzw. das Brennstoffzellenaggregat
in den Standby-Modus überführt, wenn
die Betätigungsdauer über der
Mindestdauer liegt, und der Betrieb wird weitergeführt, wenn
erfasst wurde, dass die Betätigungsdauer
nicht über
der Mindestdauer liegt. Eine der Voraussetzungen des Verfahrens
ist ein aktives Hauptantriebaggregat (laufender Verbrennungsmotor
bzw. aktives Brennstoffzellenaggregat), da die Erfindung sich im
Wesentlichen auf den Vorgang des Abschaltens bezieht. Vorzugsweise wird
das Hauptantriebaggregat unmittelbar dann deaktiviert (d. h. angeschaltet
oder in den Standby-Modus überführt), wenn
erfasst wurde, dass die Betätigungsdauer über der
Mindestdauer liegt, d. h. direkt in Anschluss an den Schritt des
Erfassen der Betätigungsdauer
und somit in direktem Anschluss an das Betätigungsende des Bremspedals.
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Grundsätzlich betrifft
die Erfindung die An/Aus-Steuerung des Hauptantriebaggregats, das als
Verbrennungsmotor oder als Brennstoffzellenaggregat ausgeführt sein
kann. Als Starten wird das Starten des Verbrennungsmotors bezeichnet,
sowie das Aktivieren des Brennstoffzellenaggregats, so dass diese
nach dem Start zum Antrieb zur Verfügung stehen. Als Abschalten
wird das Stoppen des Verbrennungsmotors bezeichnet, sowie das Deaktivieren
des Brennstoffzellenaggregats durch Überführung in den Standby-Zustand.
Ist das Hauptantriebaggregats ausgeschaltet, so wir diesem kein
Brennstoff zugeführt.
Wenn bei abgeschaltetem Hauptantriebaggregats Traktionsleistung
angefordert wird, die unter einem Schwellwert liegt, der vordefiniert
ist oder von dem Ladezustand der Hilfs-Traktionsenergiequelle in
monotoner Weise abhängt,
wird nur die Hilfs-Traktionsenergiequelle zum Antrieb verwendet, insbesondere
bei Fahrzeuggeschwindigkeiten, die unterhalb einer Geschwindigkeitsgrenze
(bsp. 5 km/h) liegen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird neben der Betätigung des
Bremspedals ein weiteres Kriterium zur Beurteilung herangezogen,
ob der Verbrennungsmotor ausgeschaltet werden soll, nämlich die
Geschwindigkeit. Somit wird vorzugsweise die Geschwindigkeit des Fahrzeugs
erfasst, wobei gerade bei geringen Geschwindigkeiten die Mindestdauer
kurz vorgesehen wird, so dass bei geringen Geschwindigkeiten das System
auch bei etwas kürzeren
Betätigungen
dazu tendiert, den Verbrennungsmotor abzuschalten. Mit anderen Worten
wird über
die Ermittlung der Geschwindigkeit erfasst, in welcher Verkehrssituation sich
das Fahrzeug befindet, wobei bei hohen Geschwindigkeiten offenbar
ist, dass eine Betätigung des
Bremspedals höchstwahrscheinlich
einer Adaption an einen Verkehrsfluss zuzuordnen ist und keine Situation
vorliegt, bei der zu erwarten ist, dass das Fahrzeug ab nun länger steht,
beispielsweise Parken des Fahrzeugs.
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Vorzugsweise
wird der Schritt des Abschaltens des Hauptantriebaggregats kombiniert
mit einer vorherigen Überprüfung der
Geschwindigkeit, so dass das Verfahren nur dann den Verbrennungsmotor
abschaltet, wenn zum einen gegeben ist, dass die Betätigungsdauer über der
Mindestdauer liegt, und zum anderen die Geschwindigkeit gering ist,
beispielsweise unterhalb eines vordefinierten Schwellwerts. Diese
beiden Kriterien können
derart miteinander kombiniert werden, dass die Geschwindigkeit die Mindestdauer
beeinflusst, die zum Vergleich mit der Betätigungsdauer herangezogen wird.
Um bei hohen Geschwindigkeiten die Schwelle für die Betätigungsdauer besonders hoch
zu legen, wird die Mindestdauer mit steigender Geschwindigkeit erhöht. Neben einer
kontinuierlichen Steigerung kann die Mindestdauer auch auf einen
sehr hohen Wert gesetzt werden, wenn die Geschwindigkeit über einem
bestimmten Schwellwert liegt, und kann auf einen üblicherweise
zu erreichenden Wert gesetzt werden (beispielsweise fünf Sekunden),
wenn sich die Geschwindigkeit unterhalb eines bestimmten Schwellwerts
befindet. Somit wird durch eine derartige Einstellung der Mindestdauer
abhängig
von der Geschwindigkeit das erfindungsgemäße Abschalten unterhalb einer
bestimmten Geschwindigkeit aktiviert; oberhalb einer bestimmten
Geschwindigkeit (oberhalb eines Schwellwerts) wird die Mindestdauer
so hoch gewählt,
dass sie nur bei besonders langen Betätigungsdauern erreicht wird.
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Ferner
wird mindestens ein weiteres Kriterium zur Abschaltung bzw. zur
Ermittlung der Mindestdauer herangezogen: der Ort des Fahrzeugs,
der Ort des Fahrzeugs in Relation zu einem Zielort, d. h. die Entfernung
oder die geschätzte
Fahrtdauer, der Leistungsbedarf, der Ladezustand der Hilfs-Traktionsenergiequelle,
die Energiebilanz, oder die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, das
sich vor dem Fahrzeug befindet, dessen Antrieb erfindungsgemäß gesteuert wird.
Ferner wird die Art eines Ortes herangezogen (bsp. ein Umkreis um
ein Parkhaus, wobei sich aus der Ortsnähe d. h. Parkhausnähe ermitteln
lässt,
ob das Hauptaggregat zur Fortbewegung nicht unbedingt notwendig
ist) oder erlernte Orte, an denen bereits zu früheren Zeitpunkten das Hauptaggregat
abgeschaltet wurde und bis zum vollständigen Beenden des Fahrbetriebs
nicht mehr angeschaltet wurde. Weitere Arten des Aufenthaltsorts
sind Orte vor einem Stau. Befindet sich somit, beispielsweise aufgrund
der Daten eines Navigationssystems, das Fahrzeug in der Nähe des Zielortes,
vor einem Stau, an einem Parkplatz, und/oder in der Nähe eines
Orts, bei bereits früher
eine geringe Geschwindigkeit oder ein zeitnahes Abschalten des Hauptaggregats
stattgefunden hat, dann wird das Abschalten des Hauptaggregats unterstützt durch
Verringern der Mindestdauer. Die Mindestdauer wird umso mehr verringert, ggf.
zusätzlich
zu Änderungen
aufgrund der Fahrzeuggeschwindigkeit, je geringer die Nähe ist,
d. h. je näher
sich das Fahrzeug beispielsweise an einem einprogrammierten oder
erlernten Heimatort oder je näher
sich das Fahrzeug an einem im Navigationsgerät eingegebenen Zielorts befindet.
Ferner wird die Mindestdauer umso mehr (ggf. zusätzlich) verringert, je geringer
die Geschwindigkeit des Vordermanns oder eines anderen vorausfahrenden
Fahrzeugs ist, das mit dem erfindungsgemäß gesteuerten Fahrzeug per
Car-to-Car-Communication in Verbindung steht. Die Geschwindigkeit
des Vordermanns kann ferner durch Abstandsermittlungseinrichtungen
wie Radar erfasst werden. Ferner kann Verkehrsinformation wie TMC
verwendet werden, wobei die Mindestdauer umso mehr (ggf. zusätzlich)
verringert wird, je höher die
Wahrscheinlichkeit eines voraus liegenden Staus ist, beispielsweise
ermittelt durch das Navigationsgerät. Wird beispielsweise ein
Stau in der Nähe
und auf dem Weg des Fahrzeugs gemeldet, so wird die Mindestdauer
verringert, um das Abstellen des Hauptaggregats zu unterstützen.
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Zudem
kann bei der Änderung
der Mindestdauer das elektrisches Energiemanagement oder Leistungsmanagement
berücksichtigt
werden, beispielsweise das Gesamtenengiemanagement (Brennstoff +
gespeicherte elektrische Energie) oder das elektrische Energiemanagement.
Hierbei werden die elektrischen Leistungsflüsse, beispielsweise in einem
Brennstoffzellenhybridfahrzeug, sowie die Hybridstrategie, d. h.
die wirkungsgradoptimale Aufteilung des aktuellen Leistungsbedarfs
auf Hilfs-Traktionsenergiequelle
(Akkumulator) und Hauptantriebsaggregat unter Berücksichtigung
des Wirkungsgrads berücksichtigt.
Daher wird die Minimaldauer zusätzlich
verlängert,
wenn die Energiebilanz die Notwendigkeit widerspiegelt, das Hauptantriebsag gregat
zu verwenden, und die Minimaldauer wird zusätzlich verlängert, wenn auch längeres Fahren
nur mit Hilfs-Traktionsenergiequelle aufgrund des hohen Ladezustands
und ggf. der positiven Energiebilanz möglich ist. Die Energiebilanz
umfasst Verbraucher wie Heizung (elektrisch), Scheinwerfer (elektrisch), Klimaanlage
(kinetischer Antrieb) und ähnliches.
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Als
Eingabemittel wird das Bremspedal verwendet, wobei dieses Eingabemittel
auch beispielsweise ein Joystick oder eine andere Handeingabevorrichtung
sein kann. Im Falle eines Joysticks oder einer anderen Handeingabevorrichtung
kann diese auch die Funktion des Fahrpedals abbilden, so dass ein
Joystick Fahr- und Bremssignale abgibt, wie sie von getrennten Fahr-
und Bremspedalen abgegeben werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird die Geschwindigkeit zur Steuerung des Verfahrens derart herangezogen,
dass das Hauptantriebaggregat dann abgeschaltet wird, wenn das Bremspedal
für eine
bestimmte Mindestdauer oder länger
betätigt wird
und gleichzeitig keine negative Beschleunigung auftritt. Das Hauptantriebaggregat
kann zu dem Zeitpunkt ausgeschaltet werden, an dem die Mindestdauer überschritten
wird, oder kann zum Zeitpunkt des Lösens des Bremspedals ausgeschaltet
werden, wenn zu diesem Zeitpunkt die Mindestdauer überschritten
ist oder war.
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Somit
spielt der Fall mit einer Geschwindigkeit von null (Stillstand)
eine besondere Rolle, da die Betätigung
der Bremse beim Stillstand (d. h. obwohl sich das Fahrzeug nicht
bewegt) einen besonderen Stellenwert hat. Da die Bremse üblicherweise
zur Reduktion der Geschwindigkeit verwendet wird und im Stillstand
diese nicht weiter vermindert werden kann, kann eine Betätigung der
Bremse bei einer Geschwindigkeit von null nur bedeuten, dass das
Fahrzeug abgestellt und geparkt wird, da üblicherweise die Bremse im
Stillstand nur zur Arretierung des Fahrzeugs verwendet wird, um
ein unerwünschtes Rollen
zu vermeiden. Daher wird gemäß einer
Ausführungsform
erfasst, ob die Geschwindigkeit im Wesentlichen null beträgt. Falls
dies zutrifft, wird die Mindestdauer, die zur Auslösung des
Ausschaltvorgangs notwendig ist, auf einen sehr kleinen Wert gesetzt,
so dass auch kurze Betätigungen
des Bremspedals zum Abschalten des Hauptantriebsaggregat führen. Ist die
Geschwindigkeit zu groß,
wie oder größer als
die Minimalgeschwindigkeit, dann wird die Betätigungsdauer einem Wert zugeordnet,
der monoton mit der Geschwindigkeit steigt, oder einem vorbestimmten Wert
zugeordnet, der größer als
der Wert bei einer Geschwindigkeit unterhalb der Minimalgeschwindigkeit
ist. Als Betätigungsdauer
können
Werte von größer als
0,5 Sekunden, größer als 1
Sekunde, größer als
2 Sekunden, größer als
4 Sekunden, größer als 10
Sekunden, größer als
15 Sekunden oder größer als
20 Sekunden verwendet werden. Ferner können Betätigungsdauern verwendet werden,
die gemäß einer
Geradengleichung zusammen mit der Geschwindigkeit steigen, oder
es können
einzelne Stufen verwendet werden, die abhängig von der Geschwindigkeit
gewählt
werden. Beispielsweise kann bei einer Geschwindigkeit von im wesentlichen
null die Mindestdauer 0,1 Sekunde betragen, bei einer Geschwindigkeit
von 0,1–10
km/h 1 Sekunde betragen, und bei Geschwindigkeiten oberhalb von
10 km/h 20 Sekunden betragen. Diese Werte sind lediglich beispielhaft
und sollen illustrieren, dass die Mindestdauer in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit eine Stufenfunktion sein kann oder im Allgemeinen
eine monoton steigende Funktion bzw. stückweise monotone bzw. streng
monotone Funktion oder Ähnliches. Grundsätzlich sind
andere Funktionen denkbar, beispielsweise eine Rampenfunktion mit
ein oder mehreren Rampensteigungen, zusammengesetzte Funktionen
oder Ähnliches.
Eine besonders einfache Realisierungsweise wird durch eine Look-up-Tabelle gewährleistet
oder eine andere Logik, die bestimmten Geschwindigkeitsintervallen
bestimmte für
das jeweilige Intervall konstante Mindestdauern angibt.
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Das
Geschwindigkeitssignal kann durch einen eigenen Geschwindigkeitssensor
erfasst werden oder wird vorzugsweise von bereits vorliegenden Geschwindigkeitsmessern
bzw. -anzeigen vorgesehen. Grundsätzlich ist ein im Fahrzeug
vorgesehener Geschwindigkeitsmesser und/oder eine von einem Navigationsgerät vorgesehene
Geschwindigkeitsmessung verwendbar. Gemäß einer Ausführung wird
die Geschwindigkeit dann ermittelt, wenn das Bremspedal losgelassen
wird, d. h. wenn die Betätigung
beendet wurde. In einer weiteren Ausführung wird die Geschwindigkeit
dann ermittelt, wenn die Mindestdauer überschritten wird. Im Allgemeinen
kann die Betätigungsdauer
mit der Mindestdauer verglichen werden mit bzw. nach dem Ende der
Betätigung
des Bremspedals oder während
bzw. nach dem Überschreiten der
Mindestdauer.
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Neben
dem automatischen Abschalten, wie es die Erfindung vorsieht, kann
das erfindungsgemäße Verfahren
auch vorsehen, den Verbrennungsmotor oder das Brennstoffzellenaggregat
wieder zu starten, wobei als Kriterium die Stellung eines Fahrpedals
erfasst wird. Wird somit der Beginn einer Betätigung des Fahrpedals erfasst,
so wird das Hauptantriebsaggregat vorzugsweise unmittelbar gestartet. Hierzu
wird ein Betätigungsgrad
bzw. eine Stellung des Fahrpedals erfasst, ähnlich zu der Erfassung des Bremspedals.
Jedoch wird bei dieser Ausführung
wie auch in anderen Ausführungen
darauf verzichtet, dass weitere Betriebsparameter erfasst werden.
Insbesondere ist zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
beispielsweise eine Getriebestellung nicht relevant für das Abschalten
des Hauptantriebsaggregats, da beispielsweise bei Automatikgetrieben die
Getriebestellung anhand der Stellung eines Kupplungspedals (oder
eines Kupplungshebels) nicht erfasst werden kann, da weder Kupplungspedal noch
Schalthebel vorliegen. In anderen Ausführungen sind Taster oder Schalter
denkbar, die beispielsweise am Armaturenbrett oder am Lenkrad befestigt sind
und die den Betriebswunsch des Fahrers durch Tastendruck erfassen.
Insbesondere derartige Eingabemittel werden bei der erfindungsgemäßen Steuerung
nicht verwendet, so dass das Abschalten des Hauptantriebsaggregats
unabhängig
von derartigen Eingaben ist. Die Erfindung wird vorzugsweise realisiert
mittels eines Mikroprozessors, der beispielsweise unter anderem
auch weitere Funktionen hat, beispielsweise die Fahrmodussteuerung
eines Fahrzeugs, wobei das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen wird
durch Software, gegebenenfalls in Kombination mit Hardware, wobei
die Software auf einem Mikroprozessor oder einem Mikrocontroller abläuft. Auf
diese Weise kann das Verfahren in Form von Code implementiert werden,
der Teil des Programms ist, das auf der Fahrmodussteuerung abläuft. Anstatt
von programmierbaren Varianten sind auch hardwarebezogene Varianten
denkbar, bei denen die Schritte des Vergleichens und des Zeiterfassens
nicht anhand von Software und interner Taktung durchgeführt werden,
sondern durch einzelne Logikschaltungen, die eine Zeitdauer erfassen
und als Signal ausgeben bzw. diese Zeitdauer mit einer Mindestdauer
vergleichen und ein entsprechendes Signal ausgeben. Die Mindestdauer
kann grundsätzlich vorbestimmt
sein. Sie kann wie oben beschrieben von der Geschwindigkeit abhängen und
wird dann insbesondere entweder von einer Berechnungseinheit vorgesehen,
von einer Look-up-Tabelle, deren Ergebnisse gegebenenfalls interpoliert
werden, oder von anderen Verfahren, die die Mindestdauer beispielsweise
abhängig
von der Geschwindigkeit berechnen. Das Vorgeben der Mindestdauer
wird vorzugsweise ebenfalls innerhalb der Fahrmodussteuerung vorgesehen
in Form eines Codeabschnitts, der die jeweiligen Funktionen implementiert.
Ferner kann die Mindestdauer bzw. die Look-up-Tabelle innerhalb eines Speichers, beispielsweise
innerhalb eines Arbeitsspeichers vorgesehen werden, der in Kontakt mit
einem Prozessor steht.
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Somit
umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung
einen Eingang, mit dem ein Signal erfasst werden kann, das den Betätigungsgrad
bzw. die Stellung des Bremspedals wiedergibt. Das Signal kann ein
analoges oder digitales Signal sein bzw. ein pulswellenmoduliertes
Signal, wobei vorzugsweise digitale Signale mit fester Wortbreite
verwendet werden. Derartige Signale können über einen CAN-Bus oder LIN-Bus
in übli cher
Weise übertragen
werden. Neben dem Eingang umfasst die Vorrichtung vorzugsweise einen
Steuerausgang, der mit dem Hauptantriebsaggregat bzw. dessen Steuerung
verbunden ist, um das Hauptantriebsaggregat gegebenenfalls abzuschalten
(oder zu starten). Ferner umfasst die Vorrichtung ein Zeitnormal,
beispielsweise einen Zähler
mit einem festen Takt, der in jedem Taktzyklus einen Zähler um
ein festes Inkrement erhöht.
Das vom Zeitnormal ausgegebene Zeitdauersignal entspricht der Dauer
der ununterbrochenen Betätigung
des Bremspedals und ist ebenso in digitaler oder analoger Form,
vorzugsweise in Form eines digitalen Worts in Binärform mit
fester Wortbreite. Beispielsweise bei der Verwendung eines digitalen
Zählers
entspricht das Zeitdauersignal dem Zählerstand. Das Zeitnormal kann
ein zusätzlicher
Zeitgeber sein, oder kann einem Taktgenerator eines Prozessors,
auf dem Software abläuft,
entsprechen. In diesem Fall setzt ein Teil der Software das erfindungsgemäße Verfahren um.
Das Zeitnormal ist vorzugsweise mit dem Eingang verbunden, beispielsweise über einen üblichen Datenbus
oder über
andere Leitungen.
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Darüber hinaus
umfasst die Vorrichtung vorzugsweise einen Vergleicher, der mit
dem Zeitnehmer verbunden ist, beispielsweise in Form eines Busses,
in Form von Leitungen oder, im Fall von softwarebezogener Realisierung,
in Form eines Speichers, in den das Zeitnormal einen Wert ablegt
und der Vergleicher diesen Wert ausliest. Der Vergleicher vergleicht
das Zeitdauersignal mit einer Mindestdauer, die von einem Speicher
abgerufen wird oder die von einer Berechnungseinrichtung vorgesehen
wird. Wie auch andere Komponenten kann die Berechnungseinrichtung
durch Code vorgesehen werden, der auf einem gemeinsamen Prozessor
abläuft.
Die Ausgabe des Vergleichers in Form des Vergleichsergebnisses kann
ebenso als digitales oder analoges Signal ausgegeben werden und
ist vorzugsweise ein digitaler Wert mit fester Wortbreite, der in
einen Speicher geschrieben wird.
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Die
Vorrichtung umfasst ferner vorzugsweise einen Steuerausgang, der
ein Signal ausgibt, das dem Vergleichsergebnis entspricht. Daher
gibt der Steuerausgang ein Aus-Signal ab, wenn das Vergleichsergebnis
ein Zeitdauersignal größer/gleich
die Mindestdauer angibt, wobei das Aus-Signal an das Hauptantriebsaggregat übertragen
wird, um den Inhalt des Signals umzusetzen.
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Um
ferner wie oben beschrieben der Geschwindigkeit Rechnung zu tragen,
wird ein Geschwindigkeitseingang vorgesehen, der die Geschwindigkeit
des Fahrzeugs erfasst. Im Fall einer softwarebasierten Umsetzung
entspricht der Geschwindigkeitseingang ei nem Port, der angesprochen
wird, oder einer Speicherzelle, in der ein digitaler Wert abgelegt
wird, der der Geschwindigkeit entspricht. Abhängig von der Geschwindigkeit
wird dann die Mindestdauer errechnet oder aus einer Look-up-Tabelle
ausgelesen, wobei eine Berechnungseinheit diese Aufgabe übernimmt.
Die Berechnungseinheit kann ebenso ein Codeabschnitt sein, der auf
dem Prozessor abläuft
und der die Mindestdauer gemäß der Geschwindigkeit
ermittelt. Wie bereits bemerkt, wird bei hohen Geschwindigkeiten
das erfindungsgemäße Abschalten
damit unterdrückt, dass
besonders hohe Mindestdauern vorgegeben werden, die üblicherweise
nicht oder nur bei besonders langen Betätigungsdauern erreicht werden.
Das erfindungsgemäße Abschalten
des Hauptantriebsaggregats findet somit vornehmlich bei geringen
Geschwindigkeiten statt, wobei bei hohen Geschwindigkeiten die Schwelle
gegenüber
geringen Geschwindigkeiten deutlich erhöht wird oder die Schwelle derart
erhöht
wird, dass die Mindestdauer nicht erreicht werden kann, beispielsweise
wenn die Mindestdauer größer als
ein Wert gewählt
wird, der maximal von einem Zähler,
der das Zeitnormal vorsieht, erreicht wird.
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Die
Vorrichtung kann ferner eine Logik umfassen, die ein Ende der Betätigung des
Bremspedals erfasst, und die Berechnungseinheit dahingehend ansteuert,
dass diese anhand eines Triggersignals, das die Logik abgibt, der
Mindestdauer eine Geschwindigkeit zuordnet. Eine derartige Logik
kann fest verschaltet vorgesehen werden oder ist vorzugsweise als
Look-up-Tabelle in einem Speicher hinterlegt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigt
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1 einen
beispielhaften Verlauf der Geschwindigkeit bzw. eines Betätigungssignals.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
der 1 ist ein beispielhafter Verlauf der Geschwindigkeit
und von Betätigungsgraden
dargestellt, die in ihrem Zeitverlauf erfindungsgemäßen Abschaltschritten
gegenübergestellt
sind.
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Dargestellt
sind mit der Kurve B Betätigungsgrade,
wobei die 1 nur zwischen Nichtbetätigung und
Betätigung
unterscheidet und somit die Betätigungsgrade
zwei verschiedene Pegel aufweisen. Gemäß anderen Ausführungsformen
können
die Betätigungsgrade
dem Bremszug oder der Stellung des Bremspedals entsprechend verwendet
werden, beispielsweise auch als Integral über den Bremsdruck, so dass
besonders starke Betätigungen
auch mehr ins Gewicht fallen und als längere Betätigungsdauern gewertet werden
als Betätigungen
mit geringem Bremsdruck. Zum Zeitpunkt 1 ist die erste
Betätigung beendet,
so dass die Betätigungsdauer
errechnet werden kann als Abstand zwischen den Flanken der Rechteckkurve,
deren abfallende Flanke mit 1 gekennzeichnet ist. Die Betätigungsdauer
dieser ersten Betätigung
ist relativ kurz und insbesondere kürzer als die Mindestdauer T0. Zum Zeitpunkt 1 wird somit der
Betrieb des Hauptantriebsaggregats fortgeführt. Die Mindestdauer T0 ist in 1 abhängig von
der Geschwindigkeit v, die zum Zeitpunkt 1 relativ hoch ist.
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Genauso
ist die Geschwindigkeit während der
zweiten Betätigung
relativ hoch, die zum Zeitpunkt 2 beendet ist. Zum Zeitpunkt 2 wird
somit die Betätigungsdauer
(die Breite) des zweiten Rechtecks mit der zugehörigen Mindestdauer T1 verglichen, die so groß ist wie T0,
da die Geschwindigkeit während der
zweiten Betätigung
im wesentlichen der Geschwindigkeit während der ersten Betätigung entspricht.
Ferner ist während
der ersten beiden Betätigungen
und anhand des dort vorliegenden Geschwindigkeitsverlaufs zu erkennen,
dass die Bremsvorgänge
nur zu einer leicht verringerten Geschwindigkeit geführt haben,
jedoch nicht zum Stillstand, so dass klar ist, dass nach Betätigung der
Bremse das Fahren mit Hauptantriebsaggregat fortgesetzt werden soll.
Derartige Verläufe,
wie in 1 dargestellt, ergeben sich beispielsweise bei
der Anpassung der Geschwindigkeit in dichterem Verkehr, so dass
die ersten beiden Bremsbetätigungen
lediglich einer Geschwindigkeitsanpassung dienen und nicht dazu
geeignet sind, das Fahrzeug zum längeren Stillstand zu bringen.
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Die
dritte Betätigung,
die mit dem Zeitpunkt 3 endet, findet bei deutlich geringerer
Geschwindigkeit statt, so dass auch die Mindestdauer T2 kürzer als
die Mindestdauern T0 und T1 ist.
Daher wird zum Zeitpunkt 3 das Hauptantriebsaggregat abgeschaltet,
da die Länge
des dritten Bremsvorgangs länger
als die Mindestdauer T2 ist. In einer nicht
dar gestellten, alternativen Ausführungsform
wird bereits zum Ende der Mindestdauer T2 das
Hauptantriebsaggregat abgeschaltet, da die Voraussetzung erfüllt ist,
dass zu diesem Zeitpunkt das Bremspedal immer noch gedrückt ist
und das Bremspedal über
die gesamte Mindestdauer betätigt
war. Es ist insbesondere aus 1 ersichtlich,
dass die Restgeschwindigkeit zum Ende der Betätigung herangezogen wird, um
die Mindestdauer zu berechnen, da insbesondere aus der Restgeschwindigkeit
geschlossen werden kann, ob das Fahrzeug abgestellt werden soll
oder ob es lediglich mit leicht verringerter Geschwindigkeit weiterfahren soll.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Abstellen
nur durchgeführt,
wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einem vordefinierten Minimalwert
liegt, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit zum Vergleich herangezogen wird,
die während
dem Betätigen
des Bremspedals, zu Beginn der Betätigung, am Ende der Betätigung oder
zum Ende der Mindestdauer herrscht. Oberhalb des Minimalwerts wird
das erfindungsgemäße automatische
Abstellen des Hauptaggregats unterdrückt bzw. nicht ausgeführt. Beispielsweise
kann das Unterdrücken
der erfindungsgemäßen Abschaltung
bei Geschwindigkeiten oberhalb des Minimalwerts dadurch ausgeführt werden,
dass die Mindestdauer einen sehr hohen Wert erhält, beispielsweise einen maximal
darstellbaren digitalen Wert eines digitalen Signals mit fester
Wortbreite, oder einen Wert, der von einem Zähler nicht erreicht werden
kann, bsp. –1 bei
einem Timingzähler,
der nur Werte größer gleich null
vorsehen kann. Dies betrifft insbesondere Ausführungsformen, die mit digitaler
Logik oder mittels Software umgesetzt werden.
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Ab
dem Beginn von T2 rollt das Fahrzeug aus,
d. h. mit dem Beginn der Bremsperiode, die mit Zeitpunkt 3 endet.
Während
T2 und auch nach dem Ende von T2 und
nach dem Zeitpunkt 3 rollt das Auto aus bzw. wird beispielsweise
im Rahmen eines Einparkvorgangs nur langsam bewegt. Die Bewegung kann
ggf. von der Hilfs-Traktionsenergiequelle
unterstützt
werden, die durch (leichte) Betätigung
des Fahrpedals zum Zweck des Antriebs aktiviert wird. Die Hilfs-Traktionsenergiequelle
ist vorzugsweise ein elektrischer Speicher, beispielsweise ein Supercap, eine
Bleiakkumulator oder ein Lithium basierter elektrischer Akkumulator.
Um das Hauptaggregat während
des Manövers
mit geringer Geschwindigkeit nicht unnötig einzuschalten, wird bei
leichter Betätigung
des Fahrpedals nur die Hilfs-Traktionsenergiequelle zugeschaltet,
während
das Hauptaggregat ausgeschaltet bleibt. Die leichte Betätigung des Fahrpedals
wird ermittelt durch Erfassung des Drucks, der Beschleunigung oder
den (Maximal-)Betätigungsgrad
(bsp. der Stellwinkel) des Fahrpedals, das der Fahrer betätigt. Eine
stärkere
Betätigung (über einem
definierten Betätigungsdruck-Schwellwert, über einem
definierten Betätigungsbeschleunigung-Schwellwert
oder über
einem definierten (Maximal-)Betätigungsgrad-Schwellwert)
führt zum
Anschalten des Hauptaggregats. Der betreffende Schwellwert kann
vom Ladezustand der Hilfs-Traktionsenergiequelle abhängig gemacht
werden; je geringer der Ladezustand der Hilfs-Traktionsenergiequelle, desto niedriger
der Schwellwert und je größer der
Ladezustand der Hilfs-Traktionsenergiequelle, desto höher der
Schwellwert umgekehrt. Alternativ kann der Schwellwert vordefiniert
werden.
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Zum
Zwecke der Darstellung wird im Folgenden davon ausgegangen, dass
nach Zeitpunkt 3 das Hauptaggregat noch aktiv ist, obwohl
zum Zeitpunkt 3 oder zum Ende von T2 wie
beschrieben das Hauptaggregat abgestellt wird. Die Betrachtung von
Zeitpunkt 4 und von T2 ist somit
getrennt von der vorangehenden Bremssituation anzusehen und dient
der Beschreibung der Erfindung für
Situationen mit sehr geringer oder keiner Fahrgeschwindigkeit.
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Während die
dritte Bremsbetätigung
in 1 einem Abbremsen zu Halten entspricht, kann dem vierten
Bremsvorgang eine Parksituation zugrunde gelegt werden, d. h. dass
zwischen dem dritten und dem vierten Bremsvorgang Manöver mit
geringer Geschwindigkeit (beispielsweise zum Einparken) durchgeführt werden,
und die vierte Bremsbetätigung dem
Abstellen des Fahrzeugs dient, da die Bremse bei einer Geschwindigkeit
von im wesentlichen null betätigt
wird. Da die Geschwindigkeit während
des vierten Bremsvorgangs sehr gering ist (im Wesentlichen null)
ist die Mindestdauer T3 sehr gering, wobei der
Mindestdauer T3 auch deutlich geringere
Werte zugeordnet werden können,
so dass nur ein bloßes Antippen
des Bremspedals zum Abstellen des Hauptantriebsaggregats führt. Zum
Zeitpunkt 4 wird das Ende der Betätigung des Bremspedals erfasst und
das Hauptantriebsaggregat abgeschaltet. In einer alternativen Ausführungsform
wird bereits das Überschreiten
der Mindestdauer durch die Betätigungsdauer,
d. h. am Ende von T2 bzw. am Ende von T3 zur Entscheidung verwendet, das Hauptantriebsaggregat
abzuschalten, so dass der Abschaltvorgang nicht mit dem Ende der
Betätigung
des Bremspedals durchgeführt
wird, sondern bereits mit dem Überschreiten
der Mindestdauer, d. h. mit dem Ende der Mindestdauer T2,
T3. In diesem Fall wird das Hauptantriebsaggregat
nicht an den Zeitpunkten 3, 4 (Abwärtsflanken
der Betätigungsgradkurve)
durchgeführt
bzw. eingeleitet, sondern bereits der Zählerablauf von T2 und
T3 führt
zum Einleiten des Abschaltvorgangs bzw. zum unmittelbaren Abschalten
des Hauptantriebsaggregats. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird das Hauptantriebsaggregat nicht unmittelbar zu den oben genannten
Zeitpunkten ab geschaltet, sondern erst nach einem Warteintervall, während dessen
beispielsweise die Betätigung
eines Fahrpedals den Abschaltvorgang stoppt und revidiert.
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Grundsätzlich kann
das oben beschriebene Verfahren und die oben beschriebene Vorrichtung
für die
Steuerung von Antrieben verwendet werden, die einen Verbrennungsmotor
oder Hauptantriebsaggregats umfassen, da beispielsweise bei der
Verwendung eines Elektromotors gespeist von elektrischen Akkumulatoren
andere Eckwerte gelten und der Start-/Stoppvorgang nicht zu den
Problemen führt, wie
sie bei Verbrennungsmotoren auftreten. Dies ist jedoch von der Belastbarkeit
der elektrischen Akkumulatoren abhängig. Das Verfahren kann verwendet werden
in Fahrzeugen mit Start-Stopp-Automatik,
bei denen auch kürzere
Pausen, in denen der Antrieb nicht belastet wird, zum Abstellen
des Verbrennungsmotors führen.
Im Allgemeinen ist das Verfahren für Antriebstechniken anwendbar,
bei denen ein Verbrennungsmotor (oder ein Brennstoffzellenaggregat) neben
manueller Abschaltung auch automatisch an- und abgeschaltet werden
kann. Als geeignete Antriebsarten eignen sich alle Antriebe mit
Verbrennungsmotor, Antriebsarten mit Verbrennungsmotor und Elektromotor,
die zum Antrieb kombiniert werden können, beispielsweise Hybridarten
mit elektrischem Hilfsmotor, mit Seriell-Hybridtechnik oder Parallel-Hybridtechnik.
Insbesondere sind Antriebsarten geeignet, die auf Brennstoffzellen
basieren, vor allem Antriebsarten, die als Sekundärenergiequelle
eine Hilfs-Traktionsenergiequelle aufweisen, die hinsichtlich häufig wechselnder
Belastung oder hinsichtlich häufigem
An- und Ausschalten robust sind, beispielsweise Kondensatoren oder
elektrische Akkumulatoren.