DE102009045409A1

DE102009045409A1 - Verfahren und Vorrichtung zum selbsttätigen Wiederstart eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009045409A1
Application number: DE102009045409A
Authority: DE
Inventors: Rainer Busch; Urs Christen; Daniel Benjamin Kok; David Hesketh; Chris Pedlar; Themi Petridis; Peter Wilson
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-10-08
Also published as: DE102009045409B4; CN102030003A; CN102030003B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen Wiederstart eines zeitweise ausgeschalteten Verbrennungsmotors mit Stopp-Start-Automatik in einem Kraftfahrzeug mit Handschaltgetriebe auf Basis von Bedingungen, zu denen die aktuellen Betätigungszustände von Kupplung und Bremse gehören. Ein komfortabler und kraftstoffsparender Wiederstart wird gemäß der Erfindung dadurch ermöglicht, dass, wenn innerhalb einer voreingestellten Zeitspanne vor irgendeiner Betätigung der Kupplung die Bremse betätigt worden ist, der Verbrennungsmotor erst dann gestartet wird, wenn die Kupplung vollständig betätigt ist und die Bremse nicht betätigt ist (S10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen Wiederstart eines zeitweise ausgeschalteten Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug mit Handschaltgetriebe auf Basis von Bedingungen, zu denen die aktuellen Betätigungszustände von Kupplung und Bremse gehören, sowie eine entsprechende Stopp-Start-Steuereinrichtung, gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Bei sog. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeugen, d. h. hybridelektrischen Kraftfahrzeugen mit Stopp-Start-Funktionalität, kann der Verbrennungsmotor automatisch gestoppt, d. h. abgeschaltet werden, wenn keine Vortriebsleistung benötigt wird (z. B. beim Warten vor einer Ampel), und automatisch wieder gestartet, d. h. angelassen werden, wenn der Fahrer wieder Vortriebsleistung verlangt. Ein derartiger Stopp-Start-Betrieb führt zu einer Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Geräuschemissionen. Systeme, die einen derartigen Stopp-Start-Betrieb ermöglichen, sind z. B. riemengetriebene integrierte Starter-Generatoren (Beltdriven Integrated Starter Generator, B-ISG) oder verbesserte Anlassermotoren, mit denen der Motor automatisch laufend erneut gestartet werden kann.
Ein Verfahren und eine Stopp-Start-Steuereinrichtung gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche sind aus der DE 10 2004 024 213 A1 bekannt. Hierbei wird der gestoppte Verbrennungsmotor wieder gestartet, wenn der Fahrer die Kupplung betätigt und gleichzeitig die Betriebsbremse (nachfolgend kurz Bremse genannt) nicht betätigt. Dies ist für den Fahrer jedoch wenig komfortabel und ergonomisch, da es Situationen gibt, in denen es für ihn wünschenswert wäre, losfahren zu können, ohne bei betätigter Kupplung die Bremse gelöst halten zu müssen.
Eine für den Fahrer komfortablere und ergonomischere Art der Durchführung einer Stopp-Start-Funktion ist in 1 gezeigt.
Wie auf der linken Seite von 1 gezeigt, wird der Verbrennungsmotor gestoppt, wenn das Fahrzeug im Stillstand ist bzw. eine voreingestellte Geschwindigkeitsschwelle unterschreitet, das Getriebe im Leerlauf ist und der Fahrer das Kupplungspedal gelöst hat. Zusätzliche Stopp-Bedingungen sind möglich.
Wie auf der rechten linken Seite von 1 gezeigt, wird der Verbrennungsmotor wieder gestartet, wenn der Fahrer im Leerlauf auf das Kupplungspedal tritt. Danach kann der Fahrer einen Gang einlegen und losfahren.
Häufig tritt der Fahrer jedoch viel früher als nötig auf das Kupplungspedal. Befindet sich das Fahrzeug z. B. in einer Fahrzeugschlange vor einer Ampel, so tritt der Fahrer dann auf das Kupplungspedal und legt den ersten Gang ein, wenn die Ampel grün wird, und nicht erst dann, wenn sich die vor ihm stehenden Fahrzeuge in Bewegung gesetzt haben und er an der Reihe ist, loszufahren. Ein derartiges typisches Verhalten des Fahrers wird im europäischen Fahrzyklus modelliert: Der Testfahrer muss den Gang fünf Sekunden bevor er das Fahrzeug in Bewegung setzt einlegen. Durch dieses typische Verhalten wird der Kraftstoffverbrauch erhöht.
Der Erfindung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zugrunde, eine komfortable und ergonomische Stopp-Start-Funktionalität mit möglichst geringem Kraftstoffverbrauch zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren und der entsprechenden Stopp-Start-Steuereinrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Dabei wird im Falle eines konventionellen Kraftwagens unter Betätigung der Kupplung bzw. der Bremse verstanden, dass das entsprechende Pedal getreten wird. Die Erfindung ist aber selbstverständlich auch bei Zweirädern oder anderen Fahrzeugen anwendbar, die andere Kupplungs- und/oder Bremsbetätigungselemente als Pedale aufweisen.
Mit der Erfindung wird die Stopp-Zeit des Verbrennungsmotors maximiert, ohne dass dies für den Fahrer im Hinblick auf einen rechtzeitigen Motorostart nachteilig wäre. Wenn der Fahrer auf das Bremspedal tritt, kurz bevor er auf das Kupplungspedal tritt, z. B. weniger als zwei Sekunden vorher, hat er offensichtlich nicht die Absicht, das Fahrzeug sofort in Bewegung zu setzen. Durch die Erfindung wird in diesem Fall ein Wiederstart des Verbrennungsmotors verzögert, bis der Fahrer das Bremspedal löst.
Die mit der Erfindung erzielbare Kraftstoffeinsparung ist beträchtlich. In der im europäischen Fahrzyklus modellierten Situation ist jede Stillstandphase des Fahrzeugs zwanzig Sekunden lang, jedoch muss nach fünfzehn Sekunden das Kupplungspedal getreten und der erste Gang eingelegt werden. Durch Verlängerung der Stillstandphase des Verbrennungsmotors auf die vollen zwanzig Sekunden wird der Kraftstoffeinsparung um bis zu dreiunddreißig Prozent erhöht.
Die Erfindung eignet sich besonders für hybridelektrische Kraftfahrzeuge, bei denen der Kraftstoffeinsparung durch die Erfindung maximiert wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer gebräuchlichen Stopp-Start-Funktion bei einem Kraftfahrzeug mit Handschaltgetriebe;
2 ein Blockdiagramm, das ein Beispiel zeigt, wie ermittelt werden kann, ob innerhalb einer voreingestellten Zeitspanne vor irgendeiner Betätigung der Kupplung die Bremse betätigt worden ist oder nicht; und
3 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Stopp-Start-Funktion bei einem Kraftfahrzeug mit Handschaltgetriebe unter Verwendung des in 2 erhaltenen Ermittlungsergebnisses.
Wie in 2 und 3 gezeigt, werden unnötige Startauslösungen durch Einführung eines so genannten Bremsstartmerkers unterdrückt. Der Bremsstartmerker ist z. B. ein Bit, das bei gesetztem Merker Ja, Wahr bzw. Eins ist und bei nicht gesetztem Merker ”Nein”, ”Falsch” bzw. ”Null” ist.
Die in 2 gezeigte Routine wird im Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs mit Handschaltgetriebe laufend durchgeführt, wobei im Schritt S1 der Bremsstartmerker zunächst auf ”Nein” gesetzt wird.
Im Schritt S2 wird geprüft, ob die folgenden vier Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind: Der Verbrennungsmotor ist gestoppt, beispielsweise als Ergebnis der auf der linken Seite von 1 gezeigten Stopp-Routine; das Getriebe befindet sich im Leerlauf; das Bremspedal wird getreten bzw. betätigt; und das Kupplungspedal ist gelöst bzw. nicht getreten. Sind diese vier Bedingungen nicht gleichzeitig erfüllt, so wird der Schritt S2 von Neuem durchgeführt. Sind die vier genannten Bedingungen gleichzeitig erfüllt, so wird im Schritt S3 ein Timer gestartet, d. h. ein Zeitzähler, der eine voreingestellte Zeitspanne zählt und dann abläuft.
Im Schritt S4 wird dann überprüft, ob das Kupplungspedal nicht gelöst ist bzw. ob es getreten wird. Ist das Kupplungspedal nicht gelöst, so wird im Schritt S5 der Bremsstartmerker auf ”Ja” gesetzt. Hat die Prüfung im Schritt S4 ergeben, dass das Kupplungspedal gelöst ist, so wird im Schritt S6 geprüft, ob der Timer abgelaufen ist. Ist der Timer nicht abgelaufen, so wird der Schritt S4 von Neuem durchgeführt. Hat die Prüfung im Schritt S6 ergeben, dass der Timer abgelaufen ist, so geht es zum Schritt S1 zurück, in dem der Bremsstartmerker wieder auf ”Nein” gesetzt wird.
Ist im Schritt S5 der Bremsstartmerker auf ”Ja” gesetzt worden, so wird zu Schritt S7 weitergegangen, in dem geprüft wird, ob eine der folgenden vier Bedingungen erfüllt ist: Das Kupplungspedal ist gelöst; der Verbrennungsmotor ist nicht gestoppt; das Bremspedal ist gelöst und das Kupplungspedal ist nicht vollständig getreten; der Fahrer hat in dem Leerlauf geschaltet. Ist eine dieser Bedingungen erfüllt, so geht es zum Schritt S1 zurück, in dem der Bremsstartmerker wieder auf ”Nein” gesetzt wird. Hat die Prüfung im Schritt S7 ergeben, dass keine der genannten Bedingungen erfüllt ist, so wird der Schritt S7 von Neuem durchgeführt.
Die voreingestellte Zeitspanne, die der Timer zählt, beträgt z. B. zwei Sekunden. Bleibt in diesem Fall bei gestopptem Motor und im Leerlauf das Kupplungspedal während zwei Sekunden gelöst, nachdem das Bremspedal getreten worden ist, so wird der Bremsstartmerker auf ”Ja” gesetzt. Der Merker wird wieder gelöscht bzw. auf ”Nein” gesetzt, wenn das Bremspedal gelöst wird, während das Kupplungspedal nicht ganz niedergetreten ist, oder wenn das Kupplungspedal gelöst wird nachdem es erst getreten wurde, in den Leerlauf geschaltet wird oder der Motor nicht mehr gestoppt ist. Man beachte, dass das Einlegen eines Ganges den Merker nicht löscht; ein Wechsel zurück in den Leerlauf löscht ihn hingegen.
Mit dem auf diese Weise festgelegten Bremsstartmerker wird die in 3 gezeigte Start-Routine z. B. anstelle der auf der rechten linken Seite von 1 gezeigten Start-Routine durchgeführt.
Die in 3 gezeigte Routine beginnt dann, wenn der Verbrennungsmotor gestoppt wurde. Im Schritt S8 wird dann geprüft, ob der Bremsstartmerker auf ”Ja” oder ”Nein” gesetzt ist. Ist der Bremsstartmerker auf ”Nein” gesetzt, so wird im Schritt S9 geprüft, ob die beiden folgenden Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind: Das Getriebe ist im Leerlauf; und das Kupplungspedal ist ganz oder zumindest teilweise getreten. Sind diese zwei Bedingungen nicht gleichzeitig erfüllt, so wird der Schritt S8 von Neuem durchgeführt. Sind die beiden genannten Bedingungen gleichzeitig erfüllt, so wird im Schritt S11 der Verbrennungsmotor gestartet.
Hat die Prüfung im Schritt S8 ergeben, dass der Bremsstartmerker auf ”Ja” gesetzt ist, so wird im Schritt S10 geprüft, ob die beiden folgenden Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind: das Bremspedal ist gelöst, und das Kupplungspedal ist vollständig getreten. Sind diese beiden Bedingungen nicht gleichzeitig erfüllt, so wird der Schritt S8 von Neuem durchgeführt. Sind die beiden genannten Bedingungen gleichzeitig erfüllt, so wird im Schritt S11 der Verbrennungsmotor gestartet, so dass der Fahrer in der Lage ist, das Fahrzeug in Bewegung zu setzen.
In der in 3 gezeigten Routine ist außer dem in 1 links gezeigten Startauslöser ein zusätzlicher Startauslöser vorgesehen: Wenn der Bremsstartmerker auf ”Ja” gesetzt ist, das Kupplungspedal vollständig getreten ist und das Bremspedal losgelassen wird, wird ein Start des Verbrennungsmotors ausgelöst. Man beachte, dass dies ein Motorstart bei eingelegtem Gang sein kann; dies ist der Grund, weshalb das Kupplungspedal hier vollständig getreten sein muss.
Wenn der Bremsstartmerker gelöscht ist, aber das Getriebe sich nicht im Leerlauf befindet, wird dem Fahrer eine Meldung angezeigt: Wenn ein Gang eingelegt ist, der Bremsstartmerker gelöscht bzw. auf ”Nein” ist und das Kupplungspedal nicht gelöst ist, wird die Meldung ”Wähle Leerlauf” angezeigt.
Falls Motorstopps bei eingelegtem Gang zugelassen sein sollen, können die Bedingungen geeignet modifiziert werden. Für eine derartige Strategie können verschiedene Startauslöser vorgesehen sein. Darunter sind (a) Lösen des Bremspedals, während das Kupplungspedal vollständig getreten ist, und zwar unabhängig davon, ob das Getriebe im Leerlauf ist oder ob ein Gang eingelegt ist, und (b) vollständiges Niedertreten des Kupplungspedals, ebenfalls unabhängig davon, ob das Getriebe im Leerlauf ist oder ein Gang eingelegt ist. Der Startauslöser (b) kann unterdrückt werden, wenn das Bremspedal getreten wird, kurz bevor das Kupplungspedal getreten wird. Der Verbrennungsmotor wird dann beim Lösen des Bremspedals gestartet, nämlich über den Auslöser (a).
Man beachte, dass für beide Strategien, d. h. Motorstopps im Leerlauf und mit eingelegtem Gang, der Startauslöser auf Basis der Kupplungspedalbetätigung nicht unterdrückt wird, wenn das Bremspedal während der gesamten Stillstandsphase des Fahrzeugs getreten bleibt. Nur das bewusste Treten auf das Bremspedal, kurz bevor das Kupplungspedal getreten wird, unterdrückt den Start des Verbrennungsmotors.
Die Erfindung ist nicht nur in der weiter oben geschilderten Situation vorteilhaft, wenn das Fahrzeug in einer Fahrzeugschlange vor einer Ampel steht, sondern z. B. auch in Situationen, bei denen das Fahrzeug an einer Steigung angehalten wurde. Damit der Verbrennungsmotor selbsttätig abgeschaltet wird, muss das Getriebe im Leerlauf und das Kupplungspedal gelöst sein. Wenn der Fahrer das Fahrzeug in Bewegung versetzen will, muss er die Handbremse betätigen, um ein Zurückrollen zu verhindern, und im Wesentlichen gleichzeitig den Ganghebel betätigen. Die erfindungsgemäße Trennung von Kupplungspedalbetätigung und Motorneustart ermöglicht es ohne Verschlechterung der Kraftstoffökonomie, den Gang einzulegen und den Verbrennungsmotor später zu starten und die Handbremse zu betätigen.
Das Losfahren in einer Situation, in der das Fahrzeug an einer Steigung angehalten hat, wird noch komfortabler, wenn der Verbrennungsmotor bereits durch teilweises Lösen des Bremspedals gestartet wird. Dies kann man vorteilhaft dadurch erreichen, dass ein Wiederstart des Verbrennungsmotors bei Betätigung einer (hydraulischen) Bremse erfolgt, wenn der Gradient des Bremsdrucks einen ersten Schwellenwert unterschreitet und der Bremsdruck einen zweiten Schwellenwert unterschreitet, der erhalten wird, indem ein Mittelwert des Bremsdrucks in der aktuellen Ausschaltphase gebildet wird.
Es folgt eine Beschreibung von mehreren konkreten Verkehrssituationen, in denen das beschriebene Verfahren zur Anwendung kommt. In allen Fällen besteht die Steuerstrategie darin, keinen Motorneustart auszulösen, wenn das Bremspedal innerhalb von zwei Sekunden vor dem Betätigen des Kupplungspedals betätigt wird. All diesen Fällen gemeinsame Vorbedingungen sind, dass der Verbrennungsmotor im Leerlauf gestoppt ist, dass alle Pedale gelöst sind und dass keine besonderen Umstände detektiert werden, aufgrund derer ein Start selbsttätig verhindert werden muss.
Haupt-Ereignisabfolge:

1. Fahrer tritt auf das Bremspedal
2. Fahrer wartet fünf Sekunden
3. Fahrer tritt auf das Kupplungspedal
4. Der Verbrennungsmotor wird gestartet

Erste alternative Ereignisabfolge (unterdrückter Start im Leerlauf; späterer Start durch Bremsenlösen):

1. Fahrer tritt auf das Bremspedal
2. Fahrer wartet 1,5 Sekunden
3. Fahrer tritt das Kupplungspedal vollständig nieder bzw. durch
4. Der Verbrennungsmotor bleibt gestoppt
5. Fahrer wartet fünf Sekunden (und schaltet möglicherweise in einen Gang)
6. Fahrer löst das Bremspedal
7. Der Verbrennungsmotor wird gestartet

Zweite alternative Ereignisabfolge (kein Start, da Kupplungspedal nicht vollständig niedergetreten ist):

1. Fahrer tritt auf das Bremspedal
2. Fahrer wartet 1,5 Sekunden
3. Fahrer tritt auf das Kupplungspedal, tritt es aber nicht vollständig nieder
4. Der Verbrennungsmotor bleibt gestoppt
5. Fahrer schaltet in einen Gang
6. Fahrer löst das Bremspedal
7. Der Verbrennungsmotor bleibt gestoppt; ”Wähle Leerlauf” wird angezeigt
8. Fahrer schaltet in den Leerlauf
9. Der Verbrennungsmotor wird gestartet

In der zweiten alternativen Ereignisabfolge wird der Verbrennungsmotor nicht gestartet, wenn der Fahrer einen Gang eingelegt hat, aber das Kupplungspedal nicht vollständig niedertritt, da der Antriebsstrang nicht offen ist und das Starten des Verbrennungsmotors somit nicht sicher wäre.
Dritte alternative Ereignisabfolge (Rückfall auf Start im Leerlauf):

1. Fahrer tritt auf das Bremspedal
2. Fahrer wartet 1,5 Sekunden
3. Fahrer tritt auf das Kupplungspedal
4. Der Verbrennungsmotor bleibt gestoppt
5. Fahrer löst das Kupplungspedal
6. Fahrer löst das Bremspedal
7. Fahrer tritt auf das Kupplungspedal
8. Der Verbrennungsmotor wird gestartet

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 102004024213 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum selbsttätigen Wiederstart eines zeitweise ausgeschalteten Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug mit Handschaltgetriebe auf Basis von Bedingungen, zu denen die aktuellen Betätigungszustände von Kupplung und Bremse gehören, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn innerhalb einer voreingestellten Zeitspanne vor irgendeiner Betätigung der Kupplung die Bremse betätigt worden ist, der Verbrennungsmotor erst dann gestartet wird, wenn die Kupplung vollständig betätigt ist und die Bremse nicht betätigt ist (S10).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn innerhalb der voreingestellten Zeitspanne vor irgendeiner Betätigung der Kupplung die Bremse nicht betätigt worden ist, der Verbrennungsmotor dann gestartet wird, wenn das Getriebe im Leerlauf ist und die Kupplung ganz oder teilweise betätigt ist (S9).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wiederstart des Verbrennungsmotors auf der Basis einer Kupplungsbetätigung unterdrückt wird, wenn die Bremse innerhalb der voreingestellten Zeitspanne, bevor die Kupplung betätigt wird, betätigt wird, und der Verbrennungsmotor dann gestartet wird, wenn die Bremse nicht mehr betätigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wiederstart des Verbrennungsmotors auf Basis einer Bremsenbetätigung erfolgt, wenn der Gradient des Bremsdrucks einen ersten Schwellenwert unterschreitet und der Bremsdruck einen zweiten Schwellenwert unterschreitet, der erhalten wird, indem ein Mittelwert des Bremsdrucks in der aktuellen Ausschaltphase gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingung, ob innerhalb einer voreingestellten Zeitspanne vor irgendeiner Betätigung der Kupplung die Bremse betätigt worden ist oder nicht, mittels eines Merkers angegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der Merker auf ”Nein” gesetzt ist (S1), geprüft wird, ob der Verbrennungsmotor gestoppt ist, das Getriebe im Leerlauf ist, die Bremse nicht betätigt wird und die Kupplung nicht betätigt ist (S2), und wenn diese vier Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind, ein Timer gestartet wird (S3), welcher die voreingestellte Zeitspanne zählt, wobei, wenn während der Laufzeit des Timers die Kupplung betätigt wird (S4), der Merker auf ”Ja” gesetzt wird (S5).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der während der Laufzeit des Timers auf ”Ja” gesetzte Merker auf ”Nein” zurückgesetzt wird, wenn entweder die Kupplung nicht betätigt ist oder der Verbrennungsmotor nicht gestoppt ist oder die Bremse bei nicht vollständig betätigter Kupplung nicht betätigt ist oder das Getriebe in den Leerlauf geschaltet wird (S7).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug ein hybridelektrisches Kraftfahrzeug ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die voreingestellte Zeitspanne ungefähr zwei Sekunden beträgt.
Stopp-Start-Steuereinrichtung zum selbsttätigen Wiederstart eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug mit Handschaltgetriebe auf Basis von Bedingungen, zu denen die aktuellen Betätigungszustände von Kupplung und Bremse gehören, dadurch gekennzeichnet, dass die Stopp-Start-Steuereinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.