DE102009004023A1

DE102009004023A1 - Verfahren zum Steuern eines Start-Stop-Betriebs eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb und ein entsprechendes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102009004023A1
Application number: DE102009004023A
Authority: DE
Inventors: Eduard Hilberer
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: US9604625B2; DE102009004023B4; US20100252343A1; US20130025951A1; US8322473B2; US20140249730A1; US8770328B2

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines Start-Stop-Betriebs eines Fahrzeugs (1), welches einen Hybridantrieb mit Verbrennungsmotor (2) und Elektromotor (3), eine Betriebsbremse (8) mit ABS und eine elektrische Feststellbremse (10) aufweist, umfasst folgende Verfahrensschritte: (S1) Ermitteln, Überwachen und Auswerten von Betriebsparametern des Fahrzeugs (1), des Verbrennungsmotors (2), des Elektromotors (3), der Betriebsbremse (8) und der elektrischen Feststellbremse (10), wobei die Betriebsparameter Fahrzeuggeschwindigkeit, Raddrehzahl, Drehzahlen des Verbrennungsmotors (2) und des Elektromotors (3), Betätigungen und Zustände eines Betriebsbremspedals (9), eines Feststellbremshebels (11) und eines Gaspedals aufweisen; (S2) automatisches Lösen der elektrischen Feststellbremse (10) bei einer Startanforderung aufgrund ermittelter Betriebsparameter; (S3) Antreiben des Fahrzeugs (1) mit dem Elektromotor (3) zum Anfahren; (S4) Starten des Verbrennungsmotors (2) mit dem Elektromotor (3), wenn der Verbrennungsmotor (2) ausgeschaltet ist, (S5) Antreiben des Fahrzeugs (1) mit dem Elektromotor (3) und dem Verbrennungsmotor (2); (S6) Aktivieren eines Generatorbetriebs des Elektromotors (3) bei Bremsanforderung aufgrund ermittelter Betriebsparameter; (S7) Aktivieren der Betriebsbremse (8); und (S8) automatisches Feststellen der elektrischen Feststellbremse (10) bei angehaltenem Fahrzeug (1) nach einer vorher festlegbaren Verzögerungszeit, und ein dementsprechendes Fahrzeug (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Start-Stop-Betriebs eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb und ein entsprechendes Fahrzeug.
Fahrzeuge mit Hybridantrieb, zum Beispiel mit einer Verbrennungsmaschine als Benzin-, Gas- oder Dieselmotor und einem Elektromotor als Synchronmotor, sind in unterschiedlichen Ausführungen, wie zum Beispiel Parallelhybrid, Serienhybrid, und mit Betriebsbremsanlagen mit ABS bekannt.
Ein Start-Stop-Betrieb eines Fahrzeugs, insbesondere im Stadtverkehr, zum Beispiel an Verkehrampeln oder im Stau, bedingt ein aufeinanderfolgendes Anfahren und Abbremsen des Fahrzeugs. Dabei wird in den Stillstandzeiten des Fahrzeugs der Motor, d. h. der Verbrennungsmotor abgeschaltet, um Kraftstoff zu sparen und Schadstoffemissionen zu reduzieren. Beim Anfahren erfolgt dann ein Starten des Verbrennungsmotors und Beschleunigen des Fahrzeugs bis zum nächsten Abbremsen. Start-Stop-Vorrichtungen für Kraftfahrzeuge sind bekannt, bei welchen Betriebszustände des Fahrzeugs und der Bedienungspedale ermittelt und zum Ausschalten und Wiederanlassen des Verbrennungsmotors ausgewertet werden. Fahrzeuge im Kurzstreckenverkehr und insbesondere im Liefer- und Verteilerverkehr, wie zum Beispiel Post und Paketdienste mit mittleren Fahrzeuggrößen, sind davon besonders betroffen, wobei beim Anhalten eine Feststellbremse zu betätigen und beim Anfahren zu lösen ist. Infolge der häufigen Drehmoment-Lastwechsel im Antriebsstrang, wobei der Verbrennungsmotor außerhalb seines idealen Kennlinienfeldes betrieben wird, sind somit hoher Verschleiß, hoher Kraftstoffverbrauch wie auch ein ständiges, unbequemes Betätigen der Feststellbremse als nachteilig anzusehen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Steuern eines Start-Stop-Betriebs eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb zu schaffen, wobei die obigen Nachteile behoben beziehungsweise bedeutend verringert und weitere Vorteile geschaffen sind. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein entsprechendes Fahrzeug bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird ferner durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
Demgemäß umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Start-Stop-Betriebs eines Fahrzeugs, welches einen Hybridantrieb mit Verbrennungsmotor und Elektromotor, eine Betriebsbremse mit ABS und eine elektrischer Feststellbremse aufweist, folgende Verfahrensschritte: (S1) Ermitteln, Überwachen und Auswerten von Betriebsparametern des Fahrzeugs, des Verbrennungsmotors, des Elektromotors, der Betriebsbremse und der elektrischen Feststellbremse, wobei die Betriebsparameter Fahrzeuggeschwindigkeit, Raddrehzahl, Drehzahlen des Verbrennungsmotors und des Elektromotors, Betätigungen und Zustände eines Betriebsbremspedals, eines Feststellbremshebels und eines Gaspedals aufweisen; (S2) Automatisches Lösen der elektrischen Feststellbremse bei einer Startanforderung aufgrund ermittelter Betriebsparameter; (S3) Antreiben des Fahrzeugs mit dem Elektromotor zum Anfahren; (S4) Starten des Verbrennungsmotors mit dem Elektromotor, wenn der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, (S5) Antreiben des Fahrzeugs mit dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor; (S6) Aktivieren eines Generatorbetriebs des Elektromotors bei Bremsanforderung aufgrund ermittelter Betriebsparameter; (S7) Aktivieren der Betriebsbremse; und (S8) Automatisches Feststellen der elektrischen Feststellbremse bei angehaltenem Fahrzeug nach einer vorher festlegbaren Verzögerungszeit.
Ein entsprechendes Fahrzeug mit einem Hybridantrieb mit Verbrennungsmotor und Elektromotor weist Folgendes auf: eine Betriebsbremse mit einer Steuereinheit ABS und einem Betriebsbremspedal; eine elektrischer Feststellbremse mit einer Feststellbremsensteuerung und einem Feststellbremshebel; zumindest eine Kupplung zur Kupplung des Verbrennungsmotors und des Elektromotors mit Rädern des Fahrzeugs; ein Hybridantriebsteuergerät zur Steuerung des Hybridantriebs; und einen Bus zur Verbindung von Steuergeräten, Aktuatoren und Sensoren des Fahrzeugs und Weiterleitung von Steuersignalen, wobei die elektrische Feststellbremse für eine automatische Steuerbarkeit in vorher festlegbaren Betriebszuständen des Fahrzeugs mit dem Hybridantriebsteuergerät verbunden ist.
Durch die automatische Steuerbarkeit der elektrischen Betriebsbremse bei einem Steuern des Start-Stop-Betriebs eines Fahrzeugs mit gleichzeitiger angepasster Steuerung und Nutzung des Elektromotors ist es vorteilhaft möglich, einen Startvorgang und eine Anhaltevorgang vorteilhaft für den Fahrer zu vereinfachen, indem der Bedienungskomfort gesteigert ist und seine Aufmerksamkeit für das Verkehrsgeschehen beim Aussteigen und Anfahren dadurch nicht abgelenkt wird, wobei ein Verbrauch an Kraftstoff verringert ist, da der Elektromotor den Anfahrvorgang vornimmt bzw. den Verbrennungsmotor unterstützt.
Eine Start- bzw. Anfahranforderung bei angehaltenem Fahrzeug kann dadurch festgestellt werden, dass das Bremspedal losgelassen bzw. die Feststellbremse zuvor festgestellt war und das Gaspedal betätigt wird, was zum Beispiel bei Stop an einer Verkehrsampel der Fall sein kann. Bei stillstehendem Fahrzeug nach dem Einsteigen kann eine Startknopf- oder Zündschlossbetätigung mit gleichzeitiger Betätigung des Gaspedals eine Startanforderung darstellen. Weitere Kombinationen sind möglich.
Eine Bremsanforderung wird bei einem fahrenden Fahrzeug durch Betätigung des Betriebsbremspedals oder durch ein entsprechendes Signal eines so genannten Bremsassistenten gebildet.
Ein weiterer Vorteil besteht beim Stop- bzw. Anhaltevorgang darin, dass der Elektromotor bzw. der Hybridantrieb als Bremse bei einer Bremsanforderung mit eingesetzt wird, wobei ein Übergang zum Einsetzen der Betriebsbremse erfolgt. Der Elektromotor kann dabei als Generator eine Bremsfunktion des Fahrzeugs übernehmen und gleichzeitig die Bremsenergie in elektrische Energie zum Laden einer Fahrzeugbatterie umwandeln.
Durch die Ermittlung von Betriebsparametern ist es möglich festzustellen, ob das Fahrzeug nach einem Anhaltevorgang länger stillsteht, wobei dann die Feststellbremse automatisch festgestellt wird, was wiederum einen Bedienungskomfort für den Fahrer darstellt und eine zusätzliche Sicherheit bietet, da die Feststellbremse oft vergessen werden kann.
Das automatische Lösen der elektrischen Feststellbremse und Antreiben des Fahrzeugs mit dem Elektromotor kann gleichzeitig durchgeführt werden. Dadurch wird ebenfalls der Bedienungskomfort erhöht, insbesondere bei Fahrzeugen mit Schaltgetriebe, da ein Konzentrieren auf das Lösen der Feststellbremse und gleichzeitiges Anfahren ohne Zurückrollen des Fahrzeugs bei einem Anfahren an einer Steigung entfällt.
Wenn der Verbrennungsmotor bei einem Fahrzeugstillstand ausgeschaltet ist, kann ein Starten des Verbrennungsmotors nach Ablauf eines vorher festlegbaren Zeitabschnitts nach dem Verfahrensschritt Antreiben des Fahrzeugs mit dem Elektromotor erfolgen. Ist der Verbrennungsmotor noch in Betrieb, so kann der Elektromotor den Anfahrvorgang unterstützen, wobei der Verbrennungsmotor so unterstützt wird, dass sein Wirkungsgrad möglichst hoch und der Kraftstoffverbrauch niedrig ist.
Bei Auftreten einer Bremsanforderung kann ein Aktivieren des Generatorbetriebs des Elektromotors und ein Aktivieren der Betriebsbremse gleichzeitig durchgeführt werden. Es ist alternativ auch möglich, dass der Verfahrensschritt Aktivieren der Betriebsbremse nach Ablauf eines vorher festlegbaren Zeitabschnitts nach dem Aktivieren des Generatorbetriebs des Elektromotors erfolgt.
Ein besonderer Vorteil ist dadurch gegeben, dass, wenn im Verfahrensschritt Ermitteln, Überwachen und Auswerten von Betriebsparametern ein Kreisdefekt der Betriebsbremse festgestellt wird und bei fahrendem Fahrzeug eine Bremsanforderung mittels des Betriebsbremspedals und/oder Feststellbremshebels erfolgt, das Verfahren weiterhin folgende Verfahrensschritte für eine Notlauffunktion, welche auch als „Secondary Braking I” bezeichnet wird, auf weist: (S1.A1) Aktivieren eines Generatorbetriebs des Elektromotors; (S1.A2) Aktivieren der elektrischen Feststellbremse; und (S1.A3) Automatisches Feststellen der elektrischen Feststellbremse bei angehaltenem Fahrzeug nach einer vorher festlegbaren Verzögerungszeit. Auch bei einem defekten Betriebsbremspedal ist eine Notlauffunktion („Secondary Braking II”) möglich, wobei folgende Verfahrensschritte erfolgen: (S1.B1) Aktivieren von betriebsfähigen elektrischen Modulen einer Steuereinheit ABS der Betriebsbremse; (S1.B2) Aktivieren eines Generatorbetriebs des Elektromotors; (S1.B3) Aktivieren der elektrischen Feststellbremse; und (S1.B3) Automatisches Feststellen der elektrischen Feststellbremse bei angehaltenem Fahrzeug nach einer vorher festlegbaren Verzögerungszeit.
Die betriebsfähigen elektrischen Module können einen Vorratsbehälteranschluss für Bremssteuer- bzw. -arbeitsdruckluft aufweisen, welche zu einer elektromechanischen Einsteuerung der Betriebsbremse benutzbar ist.
Das Aktivieren eines Generatorbetriebs des Elektromotors kann ein stufenweises Einstellen des Generatorbetriebs aufweisen. Im Bereich der Stufbarkeit kann eine PWM-Ansteuerung einer Aktuatorik der Feststellbremse erfolgen. Diese Aktuatorik kann einen Federvorspannzylinder (pneumatisch oder hydraulisch bei AOH, d. h. Air Over Hydraulic) aufweisen oder elektromotorische bzw. elektromechanische Zuspanneinrichtungen besitzen.
In einer Ausführung wird beim Verfahrensschritt Aktivieren der elektrischen Feststellbremse die Feststellbremse in vorher festlegbaren Bereichen stufenweise zugestellt. Es ist auch möglich, dass anhand der im Verfahrensschritt Ermitteln, Überwachen und Auswerten von Betriebsparametern ermittelten Betriebsparameter ein entsprechendes Unterstützungsmoment des Elektromotors zur Unterstützung oder Realisierung der stufbaren Bereiche der Feststellbremse berechnet wird. Dieses Berechnen kann z. B. in einem Hybridantriebsteuergerät oder in einer Elektromotorsteuerung erfolgen.
Außerdem kann die elektrische Feststellbremse so ausgebildet sein, dass sie im Parkzustand ein bistabiles Verhalten aufweist, wobei bei Wegfall der elektrischen Versorgung die elektrische Feststellbremse entsprechend einer Vor bestimmung durch das Hybridantriebsteuergerät bzw. ein anderes zugeordnetes Steuergerät oder einen Fahrerwunsch festgestellt oder gelöst ist.
Im Fall eines Anhängerbetriebs kann bei einer Bremsanforderung auch eine Bremsanlage zumindest eines Anhängers des Fahrzeugs in synchroner Weise aktiviert werden.
Die vorher festlegbaren Betriebszustände des Fahrzeugs können zum Beispiel ein Start-Stop-Betrieb, eine Notlauffunktion bei einem Kreisdefekt der Betriebsbremse und/oder eine Notlauffunktion bei einem defekten Betriebsbremspedal sein.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Verbrennungsmotor als Dieselmotor ausgebildet.
Der Elektromotor kann parallel oder seriell zum Verbrennungsmotor angeordnet sein. Die Betriebsparameter Fahrzeuggeschwindigkeit, Raddrehzahl, Status der Betriebs- und Feststellbremse, Daten der Elektromotorsteuereinheit und der Verbrennungsmotorsteuereinheit werden überwacht, ermittelt und ausgewertet. Diese Daten stehen zum Beispiel auf einem Bus, zum Beispiel CAN-Bus, zur Verfügung.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs;
2 eine schematische grafische Darstellung eines idealen Minimalverbrauchs; und
3 eine schematische grafische Darstellung eines Start-Stop-Betriebs.
Gleiche Bauelemente bzw. Funktionseinheiten mit gleicher Funktion sind mit gleichen Bezugszeichen in den Figuren gekennzeichnet.
1 illustriert eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1. Funktionseinheiten des Fahrzeugs 1 sind als Blöcke in Art eines Energie- und Signalflussplans gezeigt. Dabei stellen durchgezogenen Linien mit Pfeilen Energieflüsse und gestrichelte Linie Signalflüsse dar.
Das Fahrzeug 1 weist einen seriellen Hybridantrieb auf. Ein Verbrennungsmotor 2, bevorzugt ein Dieselmotor, ist über eine Kupplung 4 mit einem Elektromotor 3 gekoppelt. Der Elektromotor 3 ist über eine weitere Kupplung 4' mit einem Getriebe 5, zum Beispiel ein Verteilergetriebe, mit Rädern 6 des Fahrzeugs 1 über einen Antriebsstrang verbunden. Der Elektromotor 3 ist weiterhin mit einer Batterie 7 als Stromquelle gekoppelt. Die Batterie 7 kann zum Beispiel eine Hochleistungsbatterie oder/und eine Brennstoffzelle aufweisen. Die Räder 6 sind mit einer Betriebsbremse 8 und einer Feststellbremse 10 ausgerüstet.
Zwischen dem Verbrennungsmotor 2, der Kupplung 4 und dem Elektromotor 3 ist ein Energiefluss in als ein Antriebsmoment 21 gezeigt, welches von dem Verbrennungsmotor erzeugt und weiter über die Kupplung 4' und das Getriebe 5 an die Räder 6 weitergeleitet wird. Ein Antriebsmoment 21' des Elektromotors 3 wird über die Kupplung 4' auf den Antriebsstrang über das Getriebe 5 auf die Räder 6 geleitet. Die Batterie 7 liefert einen Antriebsstrom 32 für den Elektromotor 3. Der Elektromotor 3 kann weiterhin über die Kupplung 4 den Verbrennungsmotor 2 mit einem Anlassmoment 22 beaufschlagen, um diesen zu starten.
Bei einem Bremsvorgang nimmt die Betriebsbremse 8 ein Betriebsbremsmoment 23 und die Feststellbremse 10 ein Feststellbremsmoment 24 auf. Über den Antriebsstrang wird von den sich drehenden Rädern 6 im Schubbetrieb ein Generatormoment 25 auf den Elektromotor 3 übertragen, welcher dabei als Generator arbeitet und das Generatormoment 25 in elektrische Energie umwandelt, mit welcher zum Beispiel die Batterie 7 mittels eines Ladestroms 31 geladen wird. Das Generatormoment 25 kann auch auf den Verbrennungsmotor 2 übertragen werden, wenn die Kupplung 4 eingekuppelt ist. Dann wirkt der Verbrennungsmotor 2 als Motorbremse bzw. seine mit ihm verbundenen möglichen Motorbremseinheiten (nicht gezeigt) können so mit dem Generatormoment 25 beaufschlagt werden, um die Räder 6 zusätzlich indirekt zu bremsen.
Der Verbrennungsmotor 2 ist mit einer Verbrennungsmotorsteuereinheit 15 über eine Signalleitung verbunden. Diese Steuereinheit 15 ist für bekannte Steuerzwecke eines Verbrennungsmotors eingerichtet und wird nicht weiter erläutert. Eine Elektromotorsteuereinheit 16 ist mit dem Elektromotor 3 verbunden und steuert diesen als Elektromotor und als Generator zum Laden der Batterie 7. Gleichzeitig ist die Elektromotorsteuereinheit 16 in diesem Beispiel auch für die Batterieüberwachung zuständig. Die Betriebsbremse 8 ist mit einer Steuereinheit ABS 14 mit ABS-Funktion, die ebenfalls nicht näher erläutert wird, und einem Betriebsbremspedal 9 zur Bremsanforderung verknüpft. Die elektrische Feststellbremse 10 besitzt einen Aktuator 34, der zum Beispiel als Federvorspannzylinder (pneumatisch oder hydraulisch bei AOH) oder elektromotorisch bzw. elektromechanisch zugespannt werden kann. Die Feststellbremse 10 wird von einer Feststellbremsensteuerung 13 gesteuert, welche mit einem Feststellbremshebel 11 zur manuellen Betätigung gekoppelt ist. Dabei kann die Feststellbremse 10 in Stufen gesteuert werden, welche vorher einstellbar sind. Im Bereich dieser Stufbarkeit kann der Aktuator 34, zum Beispiel ein Motor oder Zylinder mit einer Pulsweitenmodulation (PWM) angesteuert werden. Weiterhin weist der Aktuator 34 eine bistabile Verhaltensweise auf. Das heißt, dass seine Wirkung auf den Bremsbelag der Betriebsbremse dergestalt ausgebildet ist, dass bei Ausschalten der elektrischen Energiequelle die Bremse zugestellt oder gelöst bleibt, wie solches durch das System, d. h. durch die Feststellbremsensteuerung 13 bzw. ein übergeordnete Steuerung (siehe unten) oder einen Fahrerwunsch zuvor festgelegt worden ist.
Diese Steuereinheiten 15, 16, 13 und 14 sowie Steuerungen (nicht näher dargestellt) der Kupplungen 4, 4', welche zum Beispiel elektromagnetisch steuerbare Kupplungen sind, und ein Anhängersteuerventil 19 sind mit einem Bus 17, zum Beispiel CAN-Bus, verbunden, an welchem ein Hybridantriebsteuer gerät 12 angeschlossen ist. Der Bus 17 ist über eine Anhängerschnittstelle 20 mit einem Anhängerbus 18 verbunden.
Das Hybridantriebsteuergerät 12 weist in diesem Beispiel eine Software zur Steuerung des Hybridantriebs einschließlich einer übergeordneten Steuerung der Bremsen auf. Damit ist es möglich, eine Verknüpfung des Hybridantriebs mit einem automatischen Lösen und Feststellen der Feststellbremse 10 für bestimmte Betriebszustände des Fahrzeugs vorteilhaft zu erzielen. Es ist damit möglich, einen Start-Stop-Betrieb SSB, der, wie 2 in einer schematischen grafischen Darstellung eines idealen Minimalverbrauchs MV zeigt, in einem Bereich außerhalb des idealen Kennfelds des Hybridantriebs liegt, so zu steuern, dass der Elektromotor 3 den Verbrennungsmotor 2, vorzugsweise ein Dieselmotor, so unterstützt, dass dieser mit einem idealen Wirkungsgrad arbeitet. In 2 ist ein Drehmoment über einer Drehzahl aufgetragen, wobei ein Pfeil eine Boostleistung 26 angibt, welche benötigt wird, um das Drehmoment zu erhöhen, zum Beispiel durch den Verbrennungsmotor 2 oder zusätzliche durch den Elektromotor 3. Weiterhin ist eine Speicherleistung 27 mit einem nach unten weisenden Pfeil angegeben, welche bei einem Bremsvorgang durch den Elektromotor 3 aus einem Drehmoment in einen elektrischen Strom umgewandelt werden kann, der dann zu einer Speicherung elektrischer Energie in der Batterie 7 führt. Statuswerte der Verbrennungsmotorsteuereinheit 15 werden zusammen mit der Fahrzeuggeschwindigkeit als Betriebsparameter des Fahrzeugs 1 ermittelt und ausgewertet, zum Beispiel auch zeitbewertet. Gleichzeitig stehen auf dem Bus 17 Daten aus einem zentralen Bordrechner (ZBR) bzw. eines Fahrzeugführungsrechners (FFR), wie zum Beispiel Bremsaktivitäten des Betriebsbremspedals 9 an. Aus diesen Betriebsparametern wird beispielsweise ein Unterstützungsmoment mittels des Hybridantriebsteuergeräts 12 für den Elektromotor 3 errechnet, um den Verbrennungsmotor 2 in seinem idealen Wirkungsgrad zu unterstützen.
Betriebsparametern des Fahrzeugs, des Verbrennungsmotors, des Elektromotors, der Betriebsbremse und der elektrischen Feststellbremse sind zum Beispiel die folgenden: Fahrzeuggeschwindigkeit, Raddrehzahl, Drehzahlen des Verbrennungsmotors und des Elektromotors, Betätigungen und Zustände eines Betriebsbremspedals, eines Feststellbremshebels und eines Gaspedals.
Diese können von entsprechenden Sensoren oder zugehörigen Steuerungen bzw. einem Zentralrechner und/oder Bussystem abgerufen werden.
Der Hybridantrieb, wie er in 1 gezeigt ist, ist in der Lage, durch die Kupplungen 4, 4' den Verbrennungsmotor 2 vom Antriebsstrang abzukoppeln und das Antriebsmoment 21' für die Räder 6 durch den Elektromotor 3 auszuführen. Im Start-Stop-Bereich bzw. -Betrieb wird durch das Hybridantriebsteuergerät 12 die Start-Stop-Funktion mit der elektrischen Feststellbremse 10 verknüpft. Das bedeutet mit anderen Worten: Durch Betätigung des Betriebsbremspedals 9 wird der Elektromotor 3 durch seine Steuereinheit 16 in den Generatorbetrieb umgeschaltet, wobei das von den Rädern 6 im Schubbetrieb erzeugte Generatormoment 25 den Elektromotor 3 antreibt. Dieses erfolgt, bevor die Betriebsbremse 8 angelegt wird oder gleichzeitig damit. Die Bewegungsenergie, welche das Fahrzeug 1 im Schubbetrieb noch antreibt, wird somit nicht einfach nur in Wärme umgesetzt, sondern durch den Elektromotor 3 im Generatorbetrieb in elektrische Energie umgewandelt, welche in der Batterie 7 gespeichert wird und für weiteres Antreiben des Elektromotors 3 als Antriebsmoment 21' wieder zur Verfügung steht. Sobald das Fahrzeug 1 steht bzw. für einen vorher festlegbaren Zeitabschnitt steht, wird die Feststellbremse 10, gesteuert über das Hybridantriebsteuergerät 12, den Bus 17 und die Feststellbremsensteuereinheit 13 automatisch festgestellt.
Bei einer Startanforderung, zum Beispiel bei einer Verkehrsampel, vor welcher das Fahrzeug 1 hält, wird die festgestellte Feststellbremse 10 automatisch gelöst und das Fahrzeug 1 durch den Elektromotor 3 angefahren. Dazu werden das Gaspedal und das Betriebsbremspedal 9 überwacht und ihre Zustände ausgewertet. Zum Beispiel, wenn das Betriebsbremspedal 9 losgelassen wird und das Gaspedal betätigt wird, erfolgt der Startvorgang. Über das Anhängerbremsventil 19 wird eine Anhängerbremse gleichzeitig geöffnet. Der Elektromotor 3 unterstützt das Anfahren durch sein Antriebsmoment 21' zu dem Antriebsmoment 21 des Verbrennungsmotors 2. Ist dieser abgeschaltet worden, so kann der Elektromotor 3 durch Einkuppeln der Kupplung 4 den Verbrennungsmotor 2 sofort oder nach Ablauf einer vorher festlegbaren Zeit anlassen.
In 3 ist eine vereinfachte, schematische grafische Darstellung eines Start-Stop-Betriebs mit einem Nutzungsbereich 30 gezeigt. Ein Drehmoment M ist über einer Drehzahl n des Hybridantriebs aufgetragen. Oberhalb der Abszisse liegt ein Antriebsbetrieb, darunter ein Ladebetrieb, ähnlich wie in 2 gezeigt. Der Nutzungsbereich 30 des Start-Stop-Betriebs liegt im Bereich der Anfangsdrehzahlen bei 0 beginnend. In diesem Nutzungsbereich 30 ist es möglich, die Synergien der automatisch gesteuerten Feststellbremse 10 im Zusammenhang mit dem Hybridantrieb vorteilhaft zu nutzen, um Kraftstoffverbrauch zu senken, einen Fahrkomfort und Sicherheit zu erhöhen, sowie Verschleiß zu erniedrigen.
Außerdem sind Notlauffunktionen wie ein so genanntes „Secondary Braking I und II” möglich. Im Fall von Defekten eines Bremskreises oder eines Betriebsbremspedals 9 wird eine Unterstützung durch die Feststellbremse 10 angefordert. Dies kann zum Beispiel automatisch oder manuell (nach erfolgter Information des Fahrers über z. B. eine Anzeige) über den Feststellbremshebel 11 erfolgen. Dann wird ein stufbarer Bereich des Elektromotors 3 im Generatorbetrieb durch dessen Steuereinheit 16 eingeschaltet, um das Bremsen zu unterstützen. Auch die Feststellbremse 10 kann durch deren Steuereinheit 13 gesteuert abgestuft eingesetzt werden, so dass das Fahrzeug 1 zum Beispiel bei einem Kreisdefekt, der durch Überwachung der Betriebsparameter festgestellt worden ist, trotzdem abgebremst werden. Im Stillstand des Fahrzeugs 1 erfolgt dann wie oben beschrieben ein automatisches Feststellen der Feststellbremse 10. Auch ein defektes Betriebsbremspedal 9 kann durch Überwachung der Betriebsparameter ermittelt werden. Dabei werden zum Beispiel intakte Einheiten der Steuereinheit ABS 14 aktiviert, welche einen Druckluftvorratsbehälteranschluss aufweisen, und die Druckluft elektromechanisch zum Bremsen einsteuern können. Eine Bremsanforderung kann auch im Fahrzustand über den Feststellbremshebel 11 erfolgen, wobei die Feststellbremse 10 wie beschrieben abgestuft zugestellt wird. Auch ein gleichzeitiges Aktivieren des Elektromotors 3 im Generatorbetrieb erfolgt dabei. Dieser Generatorbetrieb kann auch abgestuft gesteuert werden. Hierzu werden ebenfalls die Betriebsparameter ermittelt und ausgewertet, um entsprechend Unterstützungsmomente des Generatorbetriebs auszurechnen und einzusteuern. Bei der Unterstützung dieses „Secondary Braking” wird zum Beispiel das Anhänger bremsventil 19 elektrisch oder pneumatisch dazu angeregt, den Anhänger 33 synchron über den noch intakten dritten Bremskreis einzubremsen. Parallel dazu wird über den Bus 17, 18 ein elektrisches Verzögerungswunschsignal an eine Anhängerbremssteuereinheit (nicht gezeigt), damit dieses den Anhänger synchron pneumatisch einbremst.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie ist im Rahmen der beigefügten Ansprüche modifizierbar.
Es ist zum Beispiel denkbar, dass bei einem Bremsvorgang im Start-Stop-Betrieb auch Motorbremsfunktionen des Verbrennungsmotors 2 genutzt werden, indem das Generatormoment 25 durch die Kupplung 4 auf den Verbrennungsmotor 2 geleitet wird, welcher dabei von der Verbrennungsmotorsteuereinheit 15 in einen entsprechenden Motorbremsbetriebszustand gesteuert wird.
Bremsanforderungen können auch von so genannten Assistenzsystem erfolgen, wie zum Beispiel ein Bremsassistent oder eine Geschwindigkeitssteuerung (Cruise Control).
Die Rechenvorgänge, zugehörige Tabellen und Algorithmen können in der Software -der vorhandenen Steuereinheiten und/oder im Zentralrechner schon vorhanden sein und genutzt werden. Es ist natürlich auch möglich, dass eine zusätzliche Steuereinheit für den Start-Stop-Betrieb und die Notlauffunktionen separat eingesetzt wird.

1: Fahrzeug
2: Verbrennungsmotor
3: Elektromotor-/generator
4, 4': Kupplung
5: Getriebe
6: Rad
7: Batterie
8: Betriebsbremse
9: Betriebsbremspedal
10: Feststellbremse
11: Feststellbremshebel
12: Hybridantriebsteuergerät
13: Feststellbremsensteuerung
14: Steuereinheit ABS
15: Verbrennungsmotorsteuereinheit
16: Elektromotorsteuereinheit
17: Bus
18: Anhängerbus
19: Anhängerbremsventil
20: Anhängerschnittstelle
21, 21': Antriebsmoment
22: Anlassmoment
23: Betriebsbremsmoment
24: Feststellbremsmoment
25: Generatormoment
26: Boostleistung
27: Speicherleistung
28: Ladebetrieb
29: Antriebsbetrieb
30: Nutzungsbereich
31: Ladestrom
32: Antriebsstrom
33: Anhänger
34: Aktuator
MV: Minimalverbrauch
SSB: Start-Stop-Bereich

Claims

Verfahren zum Steuern eines Start-Stop-Betriebs eines Fahrzeugs (1), welches einen Hybridantrieb mit Verbrennungsmotor (2) und Elektromotor (3), eine Betriebsbremse (8) mit ABS und eine elektrischer Feststellbremse (10) aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten: (S1) Ermitteln, Überwachen und Auswerten von Betriebsparametern des Fahrzeugs (1), des Verbrennungsmotors (2), des Elektromotors (3), der Betriebsbremse (8) und der elektrischen Feststellbremse (10), wobei die Betriebsparameter Fahrzeuggeschwindigkeit, Raddrehzahl, Drehzahlen des Verbrennungsmotors (2) und des Elektromotors (3), Betätigungen und Zustände eines Betriebsbremspedals (9), eines Feststellbremshebels (11) und eines Gaspedals aufweisen; (S2) Automatisches Lösen der elektrischen Feststellbremse (10) bei einer Startanforderung aufgrund ermittelter Betriebsparameter; (S3) Antreiben des Fahrzeugs (1) mit dem Elektromotor (3) zum Anfahren; (S4) Starten des Verbrennungsmotors (2) mit dem Elektromotor (3), wenn der Verbrennungsmotor (2) ausgeschaltet ist, (S5) Antreiben des Fahrzeugs (1) mit dem Elektromotor (3) und dem Verbrennungsmotor (2); (S6) Aktivieren eines Generatorbetriebs des Elektromotors (3) bei Bremsanforderung aufgrund ermittelter Betriebsparameter; (S7) Aktivieren der Betriebsbremse (8); und (S8) Automatisches Feststellen der elektrischen Feststellbremse (10) bei angehaltenem Fahrzeug (1) nach einer vorher festlegbaren Verzögerungszeit.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte Automatisches Lösen der elektrischen Feststellbremse (10) und Antreiben des Fahrzeugs (1) mit dem Elektromotor (3) gleichzeitig durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Starten des Verbrennungsmotors (2) nach Ablauf eines vorher festlegbaren Zeitabschnitts nach dem Verfahrensschritt Antreiben des Fahrzeugs (1) mit dem Elektromotor (3) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte Aktivieren des Generatorbetriebs des Elektromotors (3) und Aktivieren der Betriebsbremse (8) gleichzeitig durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Aktivieren der Betriebsbremse (8) nach Ablauf eines vorher festlegbaren Zeitabschnitts nach dem Aktivieren des Generatorbetriebs des Elektromotors (3) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn im Verfahrensschritt Ermitteln, Überwachen und Auswerten von Betriebsparametern ein Kreisdefekt der Betriebsbremse (8) festgestellt wird und bei fahrendem Fahrzeug eine Bremsanforderung mittels des Betriebsbremspedals (9) und/oder Feststellbremshebels (11) erfolgt, das Verfahren weiterhin folgende Verfahrensschritte für eine Notlauffunktion aufweist: (S1.A1) Aktivieren eines Generatorbetriebs des Elektromotors (3); (S1.A2) Aktivieren der elektrischen Feststellbremse (10); und (S1.A3) Automatisches Feststellen der elektrischen Feststellbremse (10) bei angehaltenem Fahrzeug (1) nach einer vorher festlegbaren Verzögerungszeit.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn im Verfahrensschritt Ermitteln, Überwachen und Auswerten von Betriebsparametern ein defektes Betriebsbremspedal (9) festgestellt wird und bei fahrendem Fahrzeug eine Bremsanforderung mittels des Betriebsbremspedals (9) und/oder Feststellbremshebels (11) erfolgt, das Verfahren weiterhin folgende Verfahrensschritte für eine Notlauffunktion aufweist: (S1.B1) Aktivieren von betriebsfähigen elektrischen Modulen einer Steuereinheit ABS (14) der Betriebsbremse (8); (S1.B2) Aktivieren eines Generatorbetriebs des Elektromotors (3); (S1.B3) Aktivieren der elektrischen Feststellbremse (10); und (S1.B3) Automatisches Feststellen der elektrischen Feststellbremse (10) bei angehaltenem Fahrzeug (1) nach einer vorher festlegbaren Verzögerungszeit.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verfahrensschritt Aktivieren eines Generatorbetriebs des Elektromotors (3) der Generatorbetrieb stufenweise eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verfahrensschritt Aktivieren der elektrischen Feststellbremse (10) die Feststellbremse (10) in vorher festlegbaren Bereichen stufenweise zugestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der im Verfahrensschritt Ermitteln, Überwachen und Auswerten von Betriebsparametern ermittelten Betriebsparameter ein entsprechendes Unterstützungsmoment des Elektromotors (3) zur Unterstützung oder Realisierung der stufbaren Bereiche der Feststellbremse (10) berechnet wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bremsanforderung eine Bremsanlage zumindest eines Anhängers (33) des Fahrzeugs (1) in synchroner Weise aktiviert wird.
Fahrzeug (1) mit einem Hybridantrieb mit Verbrennungsmotor (2) und Elektromotor (3), welches Folgendes aufweist: eine Betriebsbremse (8) mit einer Steuereinheit ABS (14) und einem Betriebsbremspedal (9); eine elektrischer Feststellbremse (10) mit einer Feststellbremsensteuerung (13) und einem Feststellbremshebel (11); zumindest eine Kupplung (4, 4') zur Kupplung des Verbrennungsmotors (2) und des Elektromotors (3) mit Rädern (6) des Fahrzeugs (1); ein Hybridantriebsteuergerät (12) zur Steuerung des Hybridantriebs; und einen Bus (17) zur Verbindung von Steuergeräten, Aktuatoren und Sensoren des Fahrzeugs und Weiterleitung von Steuersignalen, wobei die elektrische Feststellbremse (10) für eine automatische Steuerbarkeit in vorher festlegbaren Betriebszuständen des Fahrzeugs (1) mit dem Hybridantriebsteuergerät (12) verbunden ist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Feststellbremse (10) mit einem Aktuator (34) versehen ist, welcher als Federvorspannzylinder und/oder elektromotorisch und/oder elektromechanisch ausgebildet ist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Feststellbremse (10) eine Stufbarkeit mit vorher festlegbaren Stufen aufweist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Stufbarkeit eine Pulsweitenmodulation (PWM) einer Ansteuerung der elektrischen Feststellbremse (10) vorgesehen ist.
Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Parkzustand die elektrische Feststellbremse (10) ein bistabiles Verhalten aufweist, wobei bei Wegfall der elektrischen Versorgung die elektrische Feststellbremse (10) entsprechend einer Vorbestimmung durch das Hybridantriebsteuergerät (12) oder einen Fahrerwunsch festgestellt oder gelöst ist.
Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die vorher festlegbaren Betriebszustände des Fahrzeugs (1) ein Start-Stop-Betrieb, eine Notlauffunktion bei einem Kreisdefekt der Betriebsbremse (8) und/oder eine Notlauffunktion bei einem defekten Betriebsbremspedal (9) sind.
Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (2) als Dieselmotor ausgebildet ist.