DE102009042032B4

DE102009042032B4 - Verfahren zur Steuerung eines automatischen Anschaltvorgangs einer Antriebseinheit in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009042032B4
Application number: DE102009042032.0A
Authority: DE
Inventors: Martin BONFIGT; Dr. Albrecht Marc; Dr. Preuss Florian; Thomas Albrecht
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: DE102009042032A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines automatischen Anschaltvorgangs einer automatisch abgeschalteten Antriebseinheit, insbesondere einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mittels einer Start-Stopp-Einrichtung, durch welche beim Anhalten des Kraftfahrzeugs die Antriebseinheit automatisch abgeschaltet wird, wenn vorgegebene Abschaltbedingungen erfüllt sind, und durch welche eine automatisch abgeschaltete Antriebseinheit automatisch angeschaltet wird, wenn zumindest eine Einschaltaufforderung erfolgt, wobei während des automatischen Abschaltvorgangs der Antriebseinheit eine Prognose eines endgültigen Stillstandzeitpunktes der Antriebseinheit vorgenommen wird und bei Erfolgen einer Einschaltaufforderung der automatische Anschaltvorgang in Abhängigkeit vom prognostizierten endgültigen Stillstandzeitpunkt gestartet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der endgültige Stillstandzeitpunkt der Antriebseinheit in Abhängigkeit eines prognostizierten Zeitpunktes, zu dem die Antriebseinheit erstmals Stillstand erreicht, ermittelt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines automatischen Anschaltvorgangs einer automatisch abgeschalteten Antriebseinheit, insbesondere einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die in der Regel als Brennkraftmaschine ausgestaltete Antriebseinheit wird prinzipiell manuell vom Fahrer des Fahrzeugs eingeschaltet. Dazu wird ein dafür vorgesehener Schlüssel in ein entsprechendes Schloss gesteckt und dieser zum Starten der Brennkraftmaschine gedreht oder ein vorhandener Druckknopf zum Aktivieren der Brennkraftmaschine betätigt. Daraufhin werden durch eine Steuereinheit entsprechende Maßnahmen zum Starten der Brennkraftmaschine eingeleitet. Ein derartiges Starten der Brennkraftmaschine wird als Normalstart oder Schlüsselstart bezeichnet.
Um Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen zu reduzieren, werden derzeit Verfahren und Systeme (sog. Start-Stopp-Systeme bzw. Start-Stopp-Funktionen) entwickelt und zum Teil auch bereits eingesetzt, welche die Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs unter bestimmten Voraussetzungen bzw. bei Vorliegen definierter Abschaltbedingungen automatisch abschalten und bei Vorliegen definierter Einschaltbedingungen automatisch wieder einschalten. Derartige Verfahren und Systeme sind vor allem für den Stadtverkehr zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und gleichermaßen auch zur Reduzierung von Emissionen, vor allem auch zur Reduzierung von CO₂-Emissionen geeignet, da im Stadtverkehr das Fahrzeug oft an Ampeln oder aufgrund des Verkehrs zum Stehen kommt und der Betrieb der Brennkraftmaschine nicht erforderlich ist.
So ist aus der DE 101 61 343 A1 eine automatische Stopp- und Anlasssteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor bekannt, wobei die Steuervorrichtung entsprechende Maßnahmen zum Abschalten des Verbrennungsmotors vornimmt, wenn alle genannten Abschaltbedingungen erfüllt sind. Beispielsweise muss die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter einem vorgegebenen Grenzwert liegen, ein Leerlaufschalter muss eingeschaltet sein und eine Gangschaltstellung des Getriebes muss in Neutralstellung sein.
Sobald in einem Fahrzeug bei automatisch abgeschalteter Antriebseinheit ein Start der Brennkraftmaschine angefordert wird -entweder manuell durch den Fahrer oder automatisch aufgrund vorgegebener Einschaltbedingungen – werden entsprechende Maßnahmen zum Einschalten der Brennkraftmaschine vorgenommen. Üblicherweise wird der Motorstart mit einem kostengünstigen Ritzelstarter durchgeführt. Bekannte Ritzelstarter umfassen zumindest ein sog. Einrückrelais, welches bei Startaufforderung aufgrund eines in der Relaisspule aufgebauten Magnetfeldes den Relaisanker anzieht, wodurch das Ritzel über den Einrückhebel nach vorne gegen den Zahnkranz geschoben wird. Gleichzeitig schließt der Relaisanker des Einrückrelais über eine Kontaktbrücke den Hauptstromkreis des Startermotors zwischen Batterie und Startermotor, so dass sich der als Elektromotor ausgebildete Startermotor in Bewegung setzen (drehen) und die mit ihm mittels Ritzel verbundene Antriebswelle zum Drehen bringen kann.
Ein Problem beim Einsatz eines Ritzelstarters in einem mit einer Start-Stopp-Funktion ausgestatteten Kraftfahrzeug besteht darin, dass der Start der Antriebseinheit aus Verschleißgründen nur bei stehenden Verbrennungsmotoren eingeleitet werden kann bzw. eingeleitet werden sollte. Im sog. Change-Of-Mind-Fall (d. h. die Antriebseinheit wird gerade abgestellt, der Fahrer möchte aber im gleichen Moment wieder losfahren) kommt es zu langen Wieder-startzeiten, da der Motor erst vollständig auslaufen muss (Drehzahl = 0).
Unter bestimmten Randbedingungen kann sogar der Fall eintreten, dass die Antriebseinheit nach erstmaligem Erreichen des Stillstands bzw. nach dem Nulldurchgang in entgegen gesetzte Richtung zurückdreht. Deshalb muss nach Erreichen des (erstmaligen) Stillstands der Antriebseinheit noch eine gewisse Mindestzeit abgewartet werden, um die endgültige Stillstandposition des Motors sicher detektieren zu können. Diese Wartezeit bis zum Wiederstart der Antriebseinheit kann vom Fahrer insbesondere bei Fahrzeugen mit Automatikgetrieben als unkomfortabel wahrgenommen werden.
Aus der US 2007/0084429 A1 ist bereits eine Startvorrichtung für eine Brennraftmaschine zum automatischen Abschalten und Anlassen der Brennkraftmaschine bekannt, wobei beim Abschalten der Brennraftmaschine ein sog. Rückwärtsdrehungs-Abschätzmodul den Endzeitpunkt für eine Rückwärtsdrehung der Brennkraftmaschine abschätzt und einen Start der Brennkraftmaschine erst nach dem abgeschätzten Endzeitpunkt für die Rückwärtsdrehung der Brennkraftmaschine zulässt bzw. einleitet.
Aufgabe der Erfindung ist nun, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zum Ermöglichen eines schnellen automatischen Starts einer automatisch abgeschalteten Antriebseinheit im sog. Change-Of-Mind-Fall bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Der Erfindung geht von einem herkömmlichen Verfahren zur Steuerung eines automatischen Abschalt- und Anschaltvorgangs einer Antriebseinheit in einem Kraftfahrzeug mittels einer Start-Stopp-Einrichtung aus, durch welche beim Anhalten des Kraftfahrzeugs die Antriebseinheit automatisch abge- schaltet wird, wenn vorgegebene Abschaltbedingungen erfüllt sind, und durch welche eine automatisch abgeschaltete Antriebseinheit automatisch angeschaltet wird, wenn zumindest eine fahrerseitige oder systemseitige Einschaltaufforderung erfolgt. Bei einer fahrerseitigen Einschaltaufforderung handelt es sich um eine Maßnahme des Fahrers. durch die der Fahrer zum Ausdruck bringt, dass er wieder weiterfahren möchte. Hierbei kann es sich bei Fahrzeugen mit Handschaltgetriebe bspw. um eine Kupplungsbetätigung zum Einlegen eines Gangs handeln. Eine systemseitige Einschaltaufforderung erfolgt bspw. dann, wenn keine ausreichende Klimatisierung des Fahrzeugs gewährleistet werden kann bzw. wenn der Ladezustand der Batterie eine vorgegebene Schwelle unterschritten hat und bei weiterer Entladung die Gefahr besteht, dass kein Start mehr eingeleitet werden kann.
Grundgedanke der Erfindung ist, dass bei einer automatisch abgeschalteten Antriebseinheit im sog. Change-Mind-Fall ein schneller Start bzw. ein schnelles Erreichen der Leerlaufdrehzahl beim Start der automatisch abgeschalteten Brennkraftmaschine dann möglich ist, wenn der endgültige Stillstandzeitpunkt bereits vor dem tatsächlichen Erreichen des Motorstillstands bekannt wäre.
Um zu verhindern, dass der Fahrer im Change-Mind-Fall (zu) lange auf den Start der Antriebseinheit warten muss, wird nun erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass während des automatischen Abschaltvorgangs der Antriebseinheit eine Prognose eines endgültigen Stillstandzeitpunktes der Antriebseinheit vorgenommen wird und bei Erfolgen einer Einschaltaufforderung der automatische Anschaltvorgang zumindest unter bestimmten Voraussetzungen in Abhängigkeit vom prognostizierten endgültigen Stillstandzeitpunkt gestartet wird, insbesondere derart, dass die Antriebseinheit bei Erfolgen der Einschaltaufforderung zum ermittelten endgültigen Stillstandzeitpunkt der Antriebseinheit gestartet wird.
Da nur im sog. Change-Mind-Fall (d. h. die Antriebseinheit wird gerade abgestellt, der Fahrer möchte aber im gleichen Moment wieder losfahren) kein unmittelbarer Neustart der Antriebseinheit möglich ist, wenn als Startersystem ein Ritzelstarter verwendet wird, wird der automatische Anschaltvorgang vorteilhafterweise nur dann in Abhängigkeit vom ermittelten prognostizierten endgültigen Stillstandzeitpunkt gestartet wird, wenn die Einschaltaufforderung innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach dem Einleiten des automatischen Abschaltvorgangs erfolgt und/oder zu einem Zeitpunkt, zu dem die Antriebseinheit ihre endgültige Stillstandposition noch nicht erreicht hat. Dies bedeutet, dass nur für den Fall, dass die Antriebseinheit zum Zeitpunkt der Einschaltaufforderung noch nicht ihre endgültige Stillstandposition erreicht hat, wird für den Startzeitpunkt der prognostizierte endgültige Zeitpunkt verwendet. Durch die Prädiktion des Zeitpunkts, zu dem der Motor endgültig steht, kann die Responsezeit bei einem erneuten Start wesentlich verkürzt werden, da bereits im Vorfeld bekannt ist, wann die Antriebseinheit endgültig ausgelaufen ist.
Um die endgültige Stillstandzeit prognostizieren zu können, müssen verschiedene Betriebs- und Zustandsparameter ausgewertet werden. Vorteilhafterweise kann die endgültige Stillstandzeit der Antriebseinheit in Abhängigkeit eines prognostizierten Zeitpunktes, zu dem die Antriebseinheit erstmals Stillstand erreicht, ermittelt werden. Dieser Zeitpunkt, zu dem die Antriebseinheit erstmalig Stillstand erreicht, kann wiederum in Abhängigkeit vom ermittelten Auslaufverhalten der Antriebseinheit prognostiziert werden, insbesondere in Abhängigkeit von Motorbetriebsdaten wie z. B. der Drehzahl der Antriebseinheit und/oder von Umfeld-Daten wie z. B. der Außentemperatur und/oder des Luftdrucks. Mithilfe dieser Daten kann somit das zeitl. Motorauslaufverhalten bis zum Stillstand zur Prädiktion des Zeitpunkts, an dem die Motordrehzahl den Wert Null erreicht (= Stillstand) modelliert werden.
Da die Antriebseinheit – wie bereits eingangs erwähnt wurde, nach erstmaligem Erreichen des Stillstands noch zurückdrehen kann, muss zusätzlich noch ermittelt werden, ob ein Rückdrehrisiko besteht, d. h. die Bestimmung des endgültigen Stillstandzeitpunktes erfolgt zusätzlich in Abhängigkeit eines ermittelten Rückdrehrisikos der Antriebseinheit nach dem erstmaligen Erreichen einer Stillstandposition der Antriebseinheit. Ein Rückdrehen erfolgt dann, wenn äußere Wechselmomente, wie z. B. Expansionsmomente aus komprimierter Luft in den Zylindern ö. a. vorhanden und größer als das bei Stillstand (Drehzahl = Null) anliegende Haftmoment sind. Mittels eines Simulationsmodells kann somit das Rückdrehrisiko in Abhängigkeit vom Vergleich von ermittelten bzw. prognostizierten äußeren Wechselmomenten der Antriebseinheit und einem ermittelten bzw. prognostizierten Haftreibungsmoment ermittelt werden. Wird kein Rückdrehrisiko ermittelt, kann als endgültiger Stillstandzeitpunkt der prognostizierte erstmalige Stillstandzeitpunkt prognostiziert werden. Wird jedoch eine Rückdrehrisiko vermutet, muss dies bei der Ermittlung des endgültigen Stillstandzeitpunktes berücksichtigt werden.
Nach Ermittlung des erstmaligen Stillstandzeitpunktes und des Rückdrehrisikos kann somit der Motorstillstandzeitpunkt bereits vor dem tatsächlichen Motorstillstand vorhergesagt werden und – unter Kenntnis des bekannten Zeitverhaltens aller Funktionen, Kommunikationszeitlaufen und Systemzeiten (Einspuren des Startersystems) – die Gesamtresponsezeit des Start-Stopp-Systems hinsichtlich des Einleitens eines automatischen Starts im Change-Mind-Fall trotz Einsatz eines kostengünstigen Ritzelstarters optimiert werden.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines automatischen Anschaltvorgangs einer automatisch abgeschalteten Antriebseinheit, insbesondere einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mittels einer Start-Stopp-Einrichtung, durch welche beim Anhalten des Kraftfahrzeugs die Antriebseinheit automatisch abgeschaltet wird, wenn vorgegebene Abschaltbedingungen erfüllt sind, und durch welche eine automatisch abgeschaltete Antriebseinheit automatisch angeschaltet wird, wenn zumindest eine Einschaltaufforderung erfolgt, wobei während des automatischen Abschaltvorgangs der Antriebseinheit eine Prognose eines endgültigen Stillstandzeitpunktes der Antriebseinheit vorgenommen wird und bei Erfolgen einer Einschaltaufforderung der automatische Anschaltvorgang in Abhängigkeit vom prognostizierten endgültigen Stillstandzeitpunkt gestartet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der endgültige Stillstandzeitpunkt der Antriebseinheit in Abhängigkeit eines prognostizierten Zeitpunktes, zu dem die Antriebseinheit erstmals Stillstand erreicht, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der endgültige Stillstandzeitpunkt zusätzlich in Abhängigkeit eines ermittelten Rückdrehrisikos der Antriebseinheit nach dem erstmaligen Erreichen einer Stillstandposition der Antriebseinheit ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die automatisch abgeschaltete Antriebseinheit bei Erfolgen einer Einschaltaufforderung zum ermittelten endgültigen Stillstandzeitpunkt gestartet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der automatische Anschaltvorgang in Abhängigkeit vom ermittelten prognostizierten endgültigen Stillstandzeitpunkt gestartet wird, wenn die Einschaltaufforderung innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls nach dem Einleiten des automatischen Abschaltvorgangs erfolgt und/oder zu einem Zeitpunkt, zu dem die Antriebseinheit ihren endgültige Stillstandposition noch nicht erreicht hat.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt, zu dem die Antriebseinheit erstmalig Stillstand erreicht, in Abhängigkeit vom ermittelten Auslaufverhalten der Antriebseinheit prognostiziert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt, zu dem die Antriebseinheit erstmalig Stillstand erreicht, in Abhängigkeit von Motorbetriebsdaten, insbesondere der Drehzahl der Antriebseinheit und/oder von Umfeld-Daten, insbesondere der Außentemperatur und/oder des Luftdrucks prognostiziert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückdrehrisiko in Abhängigkeit vom Vergleich von prognostizierten äußeren Wechselmomenten der Antriebseinheit und einem prognostizierten Haftreibungsmoment zum Zeitpunkt des Stillstand der Antriebseinheit ermittelt wird, insbesondere derart, dass ein Rückdrehrisiko bejaht wird, wenn vorhandene äußeres Wechselmomente größer als das bei Stillstand der Antriebseinheit prognostizierte anliegende Haftreibungsmoment sind.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als äußeres Wechselmoment ein aufgrund komprimierter Luft in einem Zylinder herrschendes Expansionsmoment ermittelt wird.