DE102010039983A1

DE102010039983A1 - Durch eine Bremse unterstützter Fahrzeugmotorneustart auf einer Strassensteigung

Info

Publication number: DE102010039983A1
Application number: DE102010039983A
Authority: DE
Inventors: Hai Canton Yu; Ryan A. Ann Arbor McGee; Ihab S. Canton Soliman; Mathew A. Plymouth Boesch
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2011-04-21
Also published as: US10005461B2; US20110065548A1; US20160280227A1; CN102019924B; CN102019924A; US9457811B2

Abstract

Ein Verfahren zum Neustarten eines Motors eines auf einer Steigung angehaltenen Fahrzeugs, umfassend die folgenden Schritte: Einlegen eines Gangs eines Getriebes, durch das der Motor und die Räder des Fahrzeugs gegenseitig antreibbar verbunden sind, Verwenden von Bremsdruck zum Betätigen von Radbremsen und Erzeugen eines Straßengradientenraddrehmoments, das das Fahrzeug auf der Steigung stationär hält, Initiieren eines Motorneustarts, Betätigen des Motors, um ein Raddrehmoment größer oder gleich dem Straßengradientenraddrehmoment zu erzeugen, und Freigeben des Bremsdrucks.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Fahrzeugantriebsstrang, der auf ein Hybridfahrzeug (HEV – Hybrid Electric Vehicle) angewendet werden kann. Die Erfindung betrifft insbesondere das Steuern des Abstellens und Neustartens eines Motors auf einer Straßensteigung.
2. Beschreibung des allgemeinen Stands der Technik
Ein HEV ist ein Fahrzeug, das Folgendes kombiniert: ein herkömmliches Antriebssystem, das einen Verbrennungsmotor und ein Stufen-Automatikgetriebe enthält, und ein wiederaufladbares Energiespeicherungssystem, das einen Elektromotor und eine Stromspeicherungsbatterie enthält, um die Kraftstoffersparnis gegenüber einem herkömmlichen Fahrzeug zu verbessern.
Motorfahrzeuge können so ausgelegt werden, dass sie gewisse Aspekte von Hybridtechnologie verwenden, aber ohne die Verwendung eines Hybridantriebsstrangs. Gewisse Fahrzeuge, die einen herkömmlichen Antriebsstrang aufweisen, aber keine elektrische Maschine zum Antreiben der Räder, als Mikro-HEVs bezeichnet, schalten den Motor während Bedingungen ab, bei denen der Motor mit Leerlaufdrehzahl arbeitet, um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren und die Emissionen zu reduzieren, während das Fahrzeug steht.
Beim normalen Fahrzeugbetrieb gibt es viele Fälle, wo das Fahrzeug anhalten muss: bei Verkehrssignalen, Fußgängerüberwegen, Stoppzeichen und dergleichen. Bei Mikro-HEVs wird der Motor abgeschaltet, falls keine Leistung gefordert wird, zum Beispiel beim Warten an einer Verkehrsampel. Sobald Leistung gefordert wird, wird der Motor automatisch neu gestartet. Durch Vermeiden eines unnötigen Motorleerlaufereignisses wird die Kraftstoffsparsamkeit des Fahrzeugs verbessert. Zu diesem Zweck ist es wünschenswert, die Motorfunktion so weit wie möglich abzuschalten, während gewisse Motorstoppbedingungenn erfüllt sind.
Ein Fahrzeug, das auf einer Oberfläche angehalten hat, das eine ausreichende Steigung oder Schräge aufweist, und dessen Antriebsstrang ein Automatikgetriebe enthält, kann, während der Motor leerläuft, ein Fahrzeugrückrollereignis erfahren. Ein herkömmliches Automatikgetriebe wird von dem Motor durch einen Drehmomentwandler angetrieben. Wenn sich das Fahrzeug auf einer flachen Oberfläche befindet und der Motor leerläuft, ist das auf das Getriebe übertragene Drehmoment im Allgemeinen ausreichend, um ein geringfügiges Vorwärtsrollen des Fahrzeugs zu ermöglichen, d. h. Fahrzeugkriechen. Wenn sich das Fahrzeug auf einer geringfügigen Steigung mit positiver Schräge (3%–7%) befindet, reicht das auf das Getriebe übertragene Drehmoment im Allgemeinen aus, um das Fahrzeug stationär zu halten und ein Zurückrollen zu verhindern. Auf größeren Steigungen (7% und größer) jedoch kann es zu einem Fahrzeugrückrollen kommen, was eine umgekehrte Drehmomentübertragung durch das Getriebe verursacht.
Bei einem Mikro-HEV können, wenn der Motor abgeschaltet ist und das Fahrzeug auf einer Straßensteigung bergauf stationär ist, die Effekte des Fahrzeugrückrollens und der umgekehrten Drehmomentübertragung schlimmer sein, weil es vor dem Anlassen des Motors kein von dem Motor ausgegebenes Drehmoment gibt und während des Motorneustarts unzureichendes Traktionsdrehmoment vorliegt.
Während des Prozesses des Anlassens eines Motors bei eingelegtem Gang wird das Gradientenlastdrehmoment T_RL von der Kraftübertragung von den Rädern auf das Getriebe übertragen. T_RL = mg sine·Rw, wobei (m) die Fahrzeugmasse und (e) der Straßengradientenwinkel ist und Rw der effektive Reifenradius ist. T_RL wird während eines Motorneustarts als zusätzliche Last auf den Motor übertragen. Wenn der Berggradient 3% und höher ist, können während eines Anlassens eines Mikrohybridfahrzeugs auf einem Berg die folgenden drei Probleme beobachtet werden. Zuerst kann ein von dem Motorneustart verursachter Drehmomentstoß eine unerwartete Fahrzeugvorwärtsbewegung mit sich bringen, was sowohl für das Fahrzeug unerwünscht als auch für den Fahrer unbequem ist. Ein derartiges Drehmomentspitzenphänomen ist bergab substanzieller. Zweitens kann eine zusätzliche negative Drehmomentlast auf den Motor, die durch T_RL verursacht wird, den Motor während des Motorneustarts abwürgen, weil das Anfangsmotorneustartdrehmoment und der Anlasser möglicherweise nicht groß genug sind, um die zusätzliche Last anzutreiben. Drittens reicht nach dem Motorneustart das Kriechdrehmoment bei Motorleerlaufdrehzahl möglicherweise nicht aus, um der Straßengradientendrehmomentlast auf das Fahrzeug entgegenzuwirken, bevor der Fahrer auf das Fahrpedal tritt. Folglich rollt das Fahrzeug auf der Steigung zurück, bevor der Fahrer das Fahrpedal aktiv drückt, um das Fahrzeug anzutreiben.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren zum Neustarten eines Motors eines auf einem Berg angehaltenen Fahrzeugs, umfassend die folgenden Schritte: Verwenden von Bremsdruck zur Ineingriffnahme von Radbremsen und Erzeugen eines reaktiven Reibungsraddrehmoments, das das Fahrzeug für den aktuellen Straßengradienten stationär hält, Initiieren eines Motorneustarts, Betreiben des Motors, um ein Raddrehmoment zu erzeugen, das gleich dem oder größer als das Straßengradientraddrehmoment ist, und Lösen des Bremsdrucks.
Das Verfahren verhindert, dass ein Mikro-HEV während des Manövers eines automatischen Motorneustarts und Wegfahrens in eine der Richtung der Fahreranforderung entgegengesetzten Richtung rollt. Das Verfahren unterstützt auch, das Abwürgen des Motors während eines Bergneustarts und ein unerwartetes Fahrzeugbeschleunigungsruckeln, während der Motor neu startet, zu verhindern. Diese Vorteile werden durch die Verwendung einer Fahrbremse realisiert, um auf mindestens einem der Räder der angetriebenen Achse sowie der nicht angetriebenen Räder ein Bremsreibungsdrehmoment aufzubauen und aufrechtzuerhalten, während das Fahrzeug stationär ist. Bremsdruck kann ausgeübt und aufrechterhalten werden, indem entweder der Bediener das Bremspedal drückt, oder automatisch durch den Betrieb eines Bremssteuersystems.
Nachdem der Bediener die Fahrbremse löst, hält das HSBA-Steuersystem (Rill Start Brake Assist) den ausgeübten Druck in dem Bremssystem auf einer Höhe aufrecht, die erforderlich ist, um das Fahrzeug auf dem Berg stationär zu halten, und um Antriebsstrangdrehmomentstörungen während des Motorneustarts zu unterdrücken. Während der Fahrzeugbeschleunigung reduziert die HSBA-Steuerung den Bremsdruck im Gleichgewicht mit dem zunehmenden Fahrdrehmoment.
Der Bereich der Anwendbarkeit der bevorzugten Ausführungsform ergibt sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezifische Beispiele, wenngleich sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anzeigen, lediglich als Darstellung angegeben werden. Verschiedene Änderungen und Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsformen und Beispielen ergeben sich für den Fachmann.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung lässt sich unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstehen. Es zeigen:
1 ein Schemadiagramm eines Mikro-HEV-Antriebsstrangs;
2 ein Schemadiagramm, das einen Abschnitt eines HSBA-Controllers zeigt;
3 Graphen von Antriebsstrangvariablen während eines Motorneustarts unter HSBA-Steuerung auf einem Berg, dessen Gradient in einem mittleren Straßengradientenbereich liegt,
4 Graphen von Antriebsstrangvariablen während eines Motorneustarts unter HSBA-Steuerung auf einem Berg, dessen Gradient in einem hohen Straßengradientenbereich liegt.
5 Graphen von Antriebsstrangvariablen während eines Motorneustarts unter einer zu der von 4 alternativen HSBA-Steuerung;
6 Graphen von Antriebsstrangvariablen während eines Motorneustarts unter HSBA-Steuerung bergabwärts und
7A und 7B ein Logikflussdiagramm der Schritte eines Algorithmus zum Steuern des Motorneustarts.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen enthält der Mikro-HEV-Antriebsstrang 10 von 1 eine Kraftquelle 12 wie etwa einen Verbrennungsmotor; einen verbesserten Motoranlasser 14; ein Automatikgetriebe 16, eine Eingangswelle 18; ein Laufrad 20, antreibbar durch die Welle 18 mit dem Motor verbunden; eine Turbine 22, hydrokinetisch durch das Laufrad angetrieben; eine Getriebeausgabe 24; einen Endantriebsmechanismus 26, mit der Ausgabe verbunden; eine elektrische Hilfshydraulikpumpe (EAUX) 28, deren Ausgabe das Hydrauliksystem des Getriebes unter Druck setzt; eine elektrische Speicherungsbatterie 30, die elektrischen Strom an die Pumpe 28 und den Anlasser 14 liefert; und Achswellen 32, 33, antreibbar mit den angetriebenen Rädern 34, 35 durch die Ausgabe 24 und den finalen Antriebsmechanismus 26 verbunden; Bremsen 78, 79 und Bremsleitungen 76, 77.
Ein Gangwähler 40 wird manuell von dem Fahrzeugbetreiber zwischen den Positionen P, R, N und D in einem Automatikmoduskanal 42 und zwischen den Positionen Hochschalten (+) und Herunterschalten (–) in einem Manuellbereichmoduskanal 44 bewegt.
Fahr- und Bremspedale 50, 52, manuell von dem Fahrzeugbetreiber gesteuert, liefern Eingabeanfragen an einen Controller 46 nach Änderungen beim Motor-Rad-Drehmoment bzw. Änderungen bei der Bremskraft bei den Radbremsen 78, 79.
Innerhalb des Getriebes 16 befinden sich Reibungssteuerelemente, d. h. Kupplungen und Bremsen, deren Zustände koordinierter Ineingriffnahme und Nicht-Ineingriffnahme die Vorwärtsgänge und den Rückwärtsgang erzeugen. Der erste Vorwärtsgang, niedriger Gang, wird erzeugt, wenn mindestens eines, aber bevorzugt zwei der Steuerelemente 54, 56 gleichzeitig in Eingriff genommen werden. Die Getriebesteuerelemente, deren Ineingriffnahme den gewünschten Gang erzeugt, in dem das Fahrzeug angefahren wird, werden als Anfahrelemente 54, 56 bezeichnet. Hydraulikleitungsdruck, der von der elektrischen Hilfspumpe 28 erzeugt wird, während der Motor 12 abgestellt ist, wird dazu verwendet, die Anfahrelemente 54, 56 zu füllen und anzuheben, wodurch das Getriebe 16 auf eine reagierende Drehmomentübertragung vorbereitet wird, nachdem der Motorneustart beendet ist. Das Anheben der Anfahrsteuerelemente 54, 56 nimmt Spiel zwischen den Servokolben und einem Paket von Reibungsplatten in den Steuerelementen und Spiel unter den Reibungsplatten auf. Die Anfahrelemente 54, 56 besitzen im Wesentlichen keine Drehmomentübertragungskapazität, wenn in den Servozylindern, die die Anfahrelemente betätigten, Hubdruck vorliegt.
Das Getriebe 16 enthält auch eine Hydraulikpumpe 53, wie etwa eine Gerotorpumpe oder eine Flügelpumpe, deren Ausgabe dazu verwendet wird, Druck in dem Hydraulikkreis des Getriebes zu erzeugen, durch den die Steuerelemente 54, 56 in Koordination mit dem Motorneustartverfahren in einen Zustand voller Ineingriffnahme unter Druck gesetzt werden.
Der mikroprozessorbasierte Controller 46, zu einem HSBA-Motorneustartsteueralgorithmus 70 (Hill Start Brake Assistance) zugänglich, kommuniziert durch Elektroniksignale, die auf einem Kommunikationsbus mit dem Motor 12, dem Anlasser 14, dem Getriebe 16, der Batterie 30, der Hilfspumpe 28, dem Gangschalthebel 40 und dem Fahr- und Bremspedal 50, 52 übertragen werden.
2 zeigt schematisch den Controller 46. Die Steuerung 60 für das Bremssystem, das einen HSBA-Bremsaktuator 62 enthält, empfängt Eingangssignale von Bremsaktuatoren und Sensoren 64 und überträgt Befehle dorthin. Das Motorsteuergerät (MSG) 50 enthält einen Motor-Start-Stopp-Planer 66, der Motor-Start/Stopp-Anforderungen 67 an einen Fahrwerk- und Antriebsstrang-Koordinator (CPTC) 68 überträgt, der einen HSBA-Motorneustartsteueralgorithmus 70 enthält. Die Bremssystemsteuerungen 62 und CPTC 68 kommunizieren durch ein HS-CAN (High Speed Controller Area Network) 72.
In die HSBA-Steuerung wird bevorzugt eingetreten, wenn das Mikro-HEV stationär ist, das Bremspedal 52 gedrückt ist, die Größe des Straßengradienten bestimmt ist, der Motor 12 gestoppt ist, das Fahrpedal 50 gelöst ist, die Parkbremse gelöst ist und sich der Gangwähler 40 in einer Fahrbereichsposition befindet.
Vier Verwendungsfälle sind in 3–6 dargestellt, um die Funktion der HSBA-Motorneustartsteuerung zu demonstrieren. 3 zeigt Graphen von Antriebsstrangvariablen während eines Motorneustarts unter HSBA-Steuerung auf einem Berg, dessen Gradient eine positive Steigung in einem niedrigen Straßengradientenbereich aufweist (zum Beispiel zwischen 3 Prozent und 7 Prozent). Während der Periode A hält das Fahrzeug an und wird stationär, bevor der Motorneustart durch eine Neustartanforderung bei 80 initiiert wird. Während der Periode B wird ein Motorneustart initiiert und die Verbrennung hält an. Während der Periode C fährt das Fahrzeug nach vorne an, während die Fahrzeuggeschwindigkeit bei der Bergaufsteigung zunimmt.
Graph 82 stellt das Anlegen und das nachfolgende allmähliche Lösen des Bremspedals 52 dar, während das Fahrzeug anhält.
Graph 83 gibt an, dass sich der Gangwähler 40 ständig in der Fahr- oder niedrigen Position befindet. Während das Fahrzeug anhält, wird die Größe des Straßengradienten identifiziert, der Fahrer tritt auf das Bremspedal 52, um das Fahrzeug stationär zu halten, und die HSBA-Steuerung wird freigegeben.
Graph 84 stellt das Treten des Fahrpedals 50 nach dem Motorneustart dar.
Die Straßengradientendrehmomentlast T_RL, die von den Rädern 34, 35 durch die Kraftübertragung auf das Getriebe 16 übertragen wird, ist T_RL = mg sinθ·Rw, wobei (m) die Fahrzeugmasse und θ der Straßengradientenwinkel ist, positiv für Bergaufsteigung und negativ für Bergabsteigung, und Rw der effektive Reifenradius ist.
Wenn der Fahrer das Bremspedal 52 löst und sich darauf vorbereitet, das Fahrzeug zu beschleunigen, wird der Bremsdruck 86 in den Leitungen 76, 77 durch die HSBA-Steuerung auf einem Druck 90 konstant gehalten, wenn der Hauptzylinderdruck P_MC auf einen vordefinierten Druckpegel P_HSBA 90 abfällt oder darunter. Der Bremsdruck 90 ermöglicht den Fahrbremsen 78, 79, der Straßengradientendrehmomentlast T_RL entgegenzuwirken und eine Drehmomentspitze 94 in dem Antriebsstrang 10 zu unterdrücken. Im Allgemeinen weist der P_HSBA-Druck 90 als Maximalwert entweder das Berghalte-Raddrehmoment für die Gradientenlast oder das Drehmomentspitzenunterdrückungsraddrehmoment auf. Der Graph 88 stellt den ausreichend hohen Bremsdruckpegel dar.
Graph 94 zeigt, dass die HSBA-Steuerung freigegeben ist, nachdem die Größe des Straßengradienten T_RL bestimmt ist. Graph 96 bestimmt eine aktive HSBA-Steuerung nach dem Freigeben des Bremspedals 52. Graph 98 stellt dar, dass die aktive HSBA-Steuerung inaktiv wird, wenn ein ausreichendes Raddrehmoment eintritt oder ein HSBA-Zeitgeber 100 bei 106 abläuft.
Der Motorneustart wird bei 80 unter Verwendung eines Anlassers 14 zum Durchdrehen des Motors 12 initiiert, wenn das Bremspedal 50 gelöst wird, während sich der Gangwähler 40 in einer Vorwärtsfahrposition befindet, d. h. der Position DRIVE oder LOW.
Der Controller 46 setzt ein Motoranlassflag 106, wenn der Motorneustart bei 80 initiiert wird, ein Motordrehzahlspitze-passiert-Flag bei 108 und ein Motorlaufflag bei 110, wenn fortlaufende Motorverbrennung eintritt.
Wenn der Motorneustart initiiert wird, wird der HSBA-Zeitgeber 100 auf einen ersten kalibrierten Pegel 102 gesetzt und beginnt mit einem Herunterzählen während einer Phase-I-Steuerung. Falls eine Spitze 104 bei der Motorneustartdrehzahl beobachtet wird, bevor der HSBA-Zeitgeber 100 auf null herunterzählt, wird der Bremsdruck 90 aufrechterhalten und der Zeitgeber wird auf einen zweiten kalibrierten Pegel 105 zurückgesetzt. Wenn der erste kalibrierte Pegel 102 des HSBA-Zeitgebers 100 abläuft, bevor die Motordrehzahlgeschwindigkeitsspitze 104 eintritt, wird der Bremsdruck 90 sofort bei einer Freigabe des Bremspedals 50 reduziert.
Falls der Zeitgeber 100 des ersten Pegels 102 nicht abläuft, bevor das Motorlaufflag bei 110 gesetzt wird, wird der HSBA-Zeitgeber 100 während einer HSBA-Phase-II-Steuerung auf den zweiten kalibrierten Pegel 105 verlängert und zählt herunter. Während der HSBA-Phase-II-Steuerung hält der HSBA-Controller 46 den erhöhten Bremsleitungsdruck 90, bis entweder der HSBA-Zeitgeber 100 abläuft oder das Antriebsstrangraddrehmoment ausreicht, um der Straßengradientendrehmomentlast entgegenzuwirken, d. h. T_{CRANK_WHL} ≥ – T_RL. Falls das Fahrzeugkriechdrehmoment größer als T_RL ist, reduziert der HSBA-Controller 46 den Bremsdruck 90 bei Freigabe des Bremspedals 50 unmittelbar nach der Phase-I-Steuerung. Das Kraftübertragungsdrehmoment an den Rädern T_{CRANK WHL} wird auf der Basis von Motordrehzahl, Verschiebung des Fahrpedals 52 und Kraftübertragungsganginformationen geschätzt. Die vorgeschlagene Bremsdrucksteuerung schließt den Fall nicht aus, wo ein individueller Bremskreisdruck oder Radkammerdruck für eine Steueraktionsbestimmung verwendet wird anstatt der Bremshauptzylinderdruck.
Graph 112 stellt dar, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit, nachdem eine fortlaufende Motorverbrennung bei 100 eintritt, von null aufsteigt.
Graph 114 stellt den Zustand der Motorneustartanforderung dar, die bei 80 eintritt.
Graph 116, der die Motordrehzahl darstellt, zeigt eine Zunahme der Motordrehzahl beginnend beim Start des Motorneustarts 80, wenn der Anlasser 14 den Motor 12 durchdreht. Die Motordrehzahl steigt nach der ersten Motorverbrennung 118 weiter an, bleibt bei der Leerlaufdrehzahl 120 während der Periode, während der die Motorverbrennung fortläuft, relativ konstant und nimmt weiter zu 122, während das Motordrehmoment zunimmt.
Graph 124 stellt das Raddrehmoment T_WHL dar, das die Summe aus Motorkurbelwellendrehmoment T_{CRANK_WHL} an den Rädern 34, 35 in dem aktuellen Gang, Bremsdrehmoment T_BRK und Straßenlast bei den Rädern T_RL ist (T_WHL = T_{CRANK_WHL} + T_BRK + T_RL). Graph 126 stellt das Kurbelwellendrehmoment T_{CRANK_WHL} an den Rädern 34, 35 im aktuellen Gang dar. Graph 128 stellt das Bremsdrehmoment T_BRK dar. Graph 130 stellt die Straßengradientendrehmomentlast T_RL dar, die ein vom Straßengradienten erzeugtes kleines negatives Drehmoment ist.
Ähnlich dem ersten Benutzungsfall von 3 veranschaulicht der in 4 gezeigte zweite HSBA-Benutzungsfall die HSBA-Steuerfunktion, wenn der Motor automatisch angehalten wird und das Fahrzeug auf einem mittleren bis hohen Gradientenberg stationär ist mit einer positiven Steigung im Bereich von 7 Prozent bis 35 Prozent. Bei diesem Fall ist der P_HSBA-Bremsdruck 140 auf einen Druck eingestellt, der größer ist als der Bremsdruck 90 entsprechend der erhöhten Straßengradientendrehmomentlast.
Die HSBA-Steuerung wird später bei 142 als in dem ersten Benutzungsfall beendet, d. h., wenn ein ausreichendes Antriebsstrangvortriebsdrehmoment am Rad 34, 35 vorliegt, wie erforderlich, um der größeren negativen Radgradientendrehmomentlast 144 entgegenzuwirken, nachdem der Fahrer das Fahrpedal 52 drückt. Die HSBA-Steuerung wird freigegeben und ist aktiv, selbst ohne automatisch angehaltenen Motor 12. In dieser Situation geht die HSBA-Steuerung direkt zu Phase II und wird entsprechend Phase-II-Bedingungen beendet.
5 veranschaulicht eine optionale Steuerung, die auf den ersten und zweiten Verwendungsfall angewendet werden kann, wenn der Bremsleitungsdruck P_HSBA für Antriebsstrangdrehmomentsstörungsunterdrückung 144 viel größer ist als der des Druckpegels P_ARL zum Entgegenwirken der Straßengradientendrehmomentlast 146. Der einzige Unterschied hier ist die kurze Druckabnahme von P_HSBA auf P_ARL nach Beendigung der Steuerphase I bei 148. Dadurch wird der Bremsleitungsdruckpegel so niedrig wie möglich gehalten, um den Luftwiderstand an der Fahrzeugwegfahrbewegung während Bremsdruckfreigabe zu minimieren.
6 veranschaulicht die auf ein Fahrzeug bergab angewendete HSBA-Steuerung, d. h. mit einer negativen Steigung. In diesem Fall wird der Bremsleitungsdruck 90 auf P_HSBA gehalten, d. h. auf einer Größe, die groß genug ist, um die Addition sowohl des Antriebsstrangstörungsdrehmoments und des Gradientenlastdrehmoments zu unterdrücken. Die HSBA-Steuerung wird unmittelbar nach Abschluss der Phase I bei 150 beendet, weil erwartet wird, dass das Kriechdrehmoment oder die Straßengradientendrehmomentlast das Fahrzeug unmittelbar nach dem Motorneustart antreibt.
Die 7A und 7B zeigen ein Logikflussdiagramm der Schritte des Algorithmus 70 zum Steuern des Motorneustarts. Bei Schritt 160 erfolgt ein Test, um zu bestimmen, ob das Bremssystem arbeitet. Falls das Ergebnis von Test 160 logisch falsch ist, dann wird bei Schritt 162 die HSBA-Steuerung blockiert, d. h. abgeschaltet.
Falls das Ergebnis von Test 160 logisch wahr ist, wird bei Schritt 164 ein Test vorgenommen, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug an einer Steigung oder einem Berg angehalten hat, wobei bei Schritt 170 erzeugte Informationen verwendet werden. Falls das Ergebnis von Test 164 logisch falsch ist, kehrt die Steuerung zu Schritt 164 zurück. Falls das Ergebnis von Test 164 wahr ist, wird die HSBA-Steuerung bei Schritt 166 freigegeben.
Bei Schritt 168 erfolgt ein Test dahingehend, ob der Motor 12 automatisch angehalten worden ist.
Bei Schritt 170 werden der Straßengradient θ und die Straßengradientendrehmomentlast T_RL bestimmt und als Eingangsdaten in Schritten 172, 174 und 202 verwendet.
Falls das Ergebnis von Test 168 wahr ist, wird bei Schritt 172 der für die Motorneustartsteuerung erforderliche Bremsdruck unter Bezugnahme auf die Straßengradientendrehmomentlast von Schritt 170 bestimmt. Falls das Ergebnis von Test 172 falsch ist, geht die Steuerung weiter zu Schritt 174.
Bei Schritt 176 erfolgt ein Test, um zu bestimmen, ob der Bremssystemdruck gleich oder größer einem Druck in dem Bremssystemhauptzylinder ist. Falls das Ergebnis von Test 176 falsch ist, geht die Steuerung zurück zu Schritt 176.
Falls das Ergebnis von Test 176 wahr ist, wird bei Schritt 178 die HSBA-Steuerung aktiviert und der Bremsdruck wird auf P_HSBA gehalten, um das Fahrzeug stationär zu halten.
Bei Schritt 180 erfolgt ein Test, um zu bestimmen, ob von dem Controller 46 ein Motorneustartbefehl erfolgte.
Falls das Ergebnis von Test 180 falsch ist, erfolgt bei Schritt 182 ein Test, um zu bestimmen, ob das Bremspedal 50 erneut gedrückt wurde. Falls das Ergebnis von Test 182 falsch ist, geht die Steuerung zurück zu Schritt 178.
Falls das Ergebnis von Test 182 wahr ist, wird bei Schritt 184 die HSBA-Steuerung deaktiviert, der Bremsdruck P_HSBA wird freigegeben und die Steuerung kehrt zu Schritt 176 zurück.
Bei Schritt 186 wird ein Motorneustart initiiert.
Bei Schritt 188 wird der HSBA-Zeitgeber 100 auf Pegel eins gesetzt und bei Schritt 190 zählt der Zeitgeber herunter.
Bei Schritt 192 erfolgt ein Test, um zu bestimmen, ob der HSBA-Zeitgeber 100 noch nicht abgelaufen ist. Falls das Ergebnis von Test 192 falsch ist, d. h., der Zeitgeber abgelaufen ist, geht die Steuerung weiter zu Schritt 194.
Falls das Ergebnis von Test 192 wahr ist, d. h., der Zeitgeber nicht abgelaufen ist, erfolgt bei Schritt 194 ein Test, um zu bestimmen, ob das Bremspedal 50 wieder gedrückt wurde. Falls das Ergebnis von Test 194 falsch ist, erfolgt bei Schritt 196 ein Test, um zu bestimmen, ob bei der Motordrehzahl eine Spitze aufgetreten ist.
Falls das Ergebnis von Test 196 falsch ist, erfolgt bei Schritt 197 ein Test, um zu bestimmen, ob der Motor 12 abgewürgt wurde, was einen weiteren Motorneustart erfordert. Falls das Ergebnis von Test 197 falsch ist, kehrt die Steuerung zurück zu Schritt 190. Falls das Ergebnis von Test 197 wahr ist, kehrt die Steuerung zu Schritt 188 zurück.
Falls das Ergebnis von Test 196 wahr ist, wird bei Schritt 198 der HSBA-Zeitgeber 100 auf Pegel zwei gesetzt, und bei Schritt 200 beginnt der Zeitgeber mit dem Herunterzählen.
Bei Schritt 202 erfolgt ein Test, um zu bestimmen, ob (i) der Zeitgeber 100 noch nicht abgelaufen ist und (ii) das von dem Motor 12 erzeugte Raddrehmoment größer ist als die Straßenlastdrehmomentlast (T_{CRANK_WHL} > T_RL).
Falls das Ergebnis von Test 202 wahr ist, wird bei Schritt 204 der Bremsdruck freigegeben, wodurch das Fahrzeug beschleunigen kann.
Bei Schritt 206 wird die HSBA-Steuerung deaktiviert und blockiert, und die Steuerung kehrt zu Schritt 160 zurück, woraufhin der Algorithmus 70 wieder ausgeführt wird.
Falls das Ergebnis von Test 202 falsch ist, erfolgt bei Schritt 208 ein Test, um zu bestimmen, ob das Bremspedal 50 erneut gedrückt wurde. Falls das Ergebnis von Test 208 falsch ist, kehrt die Steuerung zurück zu Schritt 200.
Falls das Ergebnis von Test 208 wahr ist, geht die Steuerung weiter zu Schritt 194, wo der Bremsdruck freigegeben wird, und zu Schritt 206.
Falls das Ergebnis der beiden Tests 192 und 194 wahr ist, geht die Steuerung weiter zu Schritt 194, wo der Bremsdruck freigegeben wird, und zu Schritt 206.
Falls das Ergebnis von Test 168 falsch ist, wird bei Schritt 174 die Größe des für den aktuellen Straßengradienten erforderlichen Bremsdrucks HSBA bestimmt.
Bei Schritt 208 erfolgt ein Test, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug stationär ist und ob der Hauptzylinderdruck P_MC kleiner oder gleich dem Bremsdruck P_HSBA ist. Falls das Ergebnis von Test 208 falsch ist, kehrt die Steuerung zurück zu Schritt 166.
Falls das Ergebnis von Test 208 wahr ist, wird bei Schritt 210 der Bremsdruck HSBA angelegt und konstant gehalten und der Zeitgeber 100 auf Pegel zwei gesetzt. Dann geht die Steuerung weiter zu Schritt 200, wo der Zeitgeber herunterzählt.
Falls das Ergebnis von Test 196 wahr ist, adressiert ein optionaler Logikweg, der bei Schritt 212 beginnt, den Zustand, in dem der Bremsleitungsdruck P_HSBA für die Antriebsstrangdrehmomentstörungsunterdrückung viel größer ist als der zum Entgegenwirken der Straßengradientendrehmomentlast erforderliche Druck P_ARL. Bei Schritt 212 wird der Bremsleitungsdruck P_HSBA auf den Straßengradientendrehmomentlastdruck P_ARL reduziert, und die Steuerung geht weiter zu Schritt 198.
Gemäß den Bestimmungen der Patentstatuten wurde die bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch anzumerken, dass die alternativen Ausführungsformen anderweitig praktiziert werden können, als spezifisch dargestellt und beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes System zum Neustarten eines Motors eines auf einer Steigung angehaltenen Fahrzeugs umfasst:
Räder zum Vorantreiben des Fahrzeugs;
Radbremsen zum abwechselnden Halten und Freigeben der Drehung der Räder;
ein Bremssystem zum Unterdrucksetzen der Radbremsen;
einen Motor;
einen Anlassermotor, der mit dem Motor verbunden werden kann;
ein in einen Gang eingelegtes Getriebe, durch das der Motor antreibbar mit den Rädern verbunden ist; und
einen Controller, der konfiguriert ist, Bremsdruck zu verwenden, um die Radbremsen zu betätigen und um ein gegenaktives Straßengradientenraddrehmoment zu erzeugen, das das Fahrzeug auf der Steigung stationär hält, den Anlassermotor zu verwenden, um den Motor durchzudrehen, wodurch ein Motorneustart initiiert wird, den Motor zu betreiben, um ein Raddrehmoment zu erzeugen, das gleich oder größer dem Straßengradientenraddrehmoment ist, und das Bremssystem zu verwenden, um den Druck in den Radbremsen freizugeben.
Dabei ist bevorzugt der Controller konfiguriert den Motor zum Beschleunigen des Fahrzeugs zu verwenden.
Dabei ist bevorzugt wobei der Controller weiterhin konfiguriert das Straßengradientenraddrehmoment zu bestimmen unter Verwendung der Beziehung T_RL = mg sinθ·Rw, wobei T_RL das Gradientenraddrehmoment ist, m die Fahrzeugmasse ist und θ der Winkel des Straßengradienten bezüglich einer horizontalen Ebene, positiv für Bergaufsteigung und negativ für Bergabsteigung, ist und Rw der effektive Reifenradius ist.
Dabei ist bevorzugt der Controller weiterhin konfiguriert zu bestimmen, dass eine Motordrehzahlspitze während einer ersten Periode auftritt, und den Motor dahingehend zu betreiben, ein Raddrehmoment größer oder gleich dem Straßengradientenraddrehmoment zu erzeugen, und das Bremssystem zu verwenden, um den Druck in den Radbremsen freizugeben, vorausgesetzt entweder eine zweite Periode nach der ersten Periode ist abgelaufen oder der Motor erzeugt ein Raddrehmoment, das kleiner oder gleich dem Straßengradientenraddrehmoment ist.
Dabei ist bevorzugt der Controller weiterhin konfiguriert, einen weiteren Motorneustart zu initiieren, falls eine Motordrehzahlspitze nicht während einer ersten Periode auftritt und der Motor nicht läuft.
Dabei ist bevorzugt der Controller weiterhin konfiguriert adaptiv einen HSBA-Bremsdruck oder ein Drehmoment unter Referenz auf Straßengradienteninformationen und Anfangsverbrennungsdrehmomentstoßgröße zu bestimmen und das Fahrzeug im Stillstand auf der Steigung zu halten.
Ferner bevorzugt ist der Controller weiterhin konfiguriert das HSBA-Drehmoment für ein Fahrzeuganfahren bergauf zu bestimmen aus der Beziehung T_HSBA = max(T_RL, T_TSM) + T_sm, wobei T_TSM das Drehmoment für die Anfangsverbrennungsdrehmomentreduzierung ist, T_RL ein Gradientenraddrehmoment ist und T_SM ein Drehmomentsicherheitsspielraum ist.
Dabei ist bevorzugt der Controller weiterhin konfiguriert das HSBA-Drehmoment für ein Fahrzeuganfahren bergab zu bestimmen aus der Beziehung T_HSBA = |T_RL| + T_TSM + T_SM, wobei T_TSM das Drehmoment für die Anfangsverbrennungsdrehmomentreduzierung ist, T_RL ein Gradientenraddrehmoment ist und T_SM ein Drehmomentsicherheitsspielraum ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Unterstützen des Fahrzeuganfahrens auf einer Steigung, das mit einem automatischen Motorneustart einhergeht, umfasst:

(a) Einlegen eines Vorwärtsfahrgangs eines Getriebes, durch das der Motor und die Räder des Fahrzeugs gegenseitig antreibbar verbunden sind;
(b) Anlegen eines Bremsdrucks, um eine Radbremsdrehmomentkapazität zu erzeugen, die ausreicht, um das Fahrzeug auf der Steigung stationär zu halten und Verbrennungsdrehmoment zu reduzieren, wenn der Motor neu startet;
(c) Initiieren eines Motorneustarts;
(d) Aufrechterhalten des Bremsdrucks, bis eine Spitze bei der Motordrehzahlauftritt und der Motor ein Raddrehmoment erzeugt, das gleich ist oder größer als ein Straßengradientenraddrehmoment für eine vorbestimmte Periode; und

Dabei umfasst wobei Schritt (b) bevorzugt das Bestimmen des Straßengradientenraddrehmoments unter Verwendung der Beziehung T_RL = mg sinθ·Rw, wobei T_RL das Gradientenraddrehmoment ist, (m) die Fahrzeugmasse ist und θ der Winkel des Straßengradienten bezüglich einer horizontalen Ebene ist und Rw der effektive Reifenradius ist.
Weiter bevorzugt umfasst Schritt (c) das Verwenden eines Anlassermotors zum Durchdrehen des Motors während des Motorneustarts.
Ferner bevorzugt umfasst Schritt (d):
falls eine Motordrehzahlspitze während einer ersten Periode auftritt, Ausführen der Schritte (d) und (e), vorausgesetzt entweder eine zweite Periode nach der ersten Periode ist abgelaufen oder der Motor erzeugt ein Raddrehmoment, das größer oder gleich dem Straßengradientenraddrehmoment ist.
Bezugszeichenliste
Fig. 1

12: Motor
14: Anlasser
30: 12 Volt-Batterie
20: Laufrad
16: Getriebe
28: Elektrische Hilfspumpe
50, 52: Fahrpedal und Bremspedal
26: Endantrieb

66: Motor-Start-Stopp-Planer
67: Motor-Start-/Stopp-Anforderungen
68: CPTC (Fahrwerk- und -antriebsstrang-Koordination)
70: HSBA-Steueralgorithmus
60: Bremssystemsteuerungen
62: HSBA-Bremsaktuator
64: Bremsaktuatoren und Sensoren

PRNDL excellerator brake: PRNDL-Fahrpedal/Bremse
Brake line pressure: Bremsleitungsdruck
Master cylinder pressure: Hauptzylinderdruck
WTDS status: WTDS-Status
WDS timer: WDS-Zeitgeber
Vehicle speed: Fahrzeuggeschwindigkeit
Start/Stop scheduler request: Start/Stopp-Planeranforderungen
Engine speed: Motordrehzahl
Crank shaft torque at wheel, wheel torque: Kurbelwellendrehmoment am Rad, Raddrehmoment
Brake torque: Bremsdrehmoment
Road load at wheel: Straßenlast am Rad
Engine start up flag: Motor-Anlass-Flag
D or L: D oder L
HSBA Phase I: HSBA-Phase-I
HSBA Phase II: HSBA-Phase-II
Stopped: Angehalten
Launch: Anfahren
Engine off: Motor aus
Engine starting: Motor anlassen
Engine running: Motor läuft

PRNDL accelerator brake: PRNDL-Fahrpedal/Bremse
Brake line pressure: Bremsleitungsdruck
Master cylinder pressure: Hauptzylinderdruck
WTDS status: WTDS-Status
WDS timer: WDS-Zeitgeber
Vehicle speed: Fahrzeuggeschwindigkeit
Start/Stop scheduler request: Start/Stopp-Planeranforderungen
Engine speed: Motordrehzahl
Crank shaft torque at wheel, wheel torque: Kurbelwellendrehmoment am Rad, Raddrehmoment
Brake torque: Bremsdrehmoment
Road load at wheel: Straßenlast am Rad
Engine start up flag: Motor-Anlass-Flag
D or L: D oder L
HSBA Phase I: HSBA-Phase-I
HSBA Phase II: HSBA-Phase-II
Stopped: Angehalten
Launch: Anfahren
Engine off: Motor aus
Engine starting: Motor anlassen
Engine running: Motor läuft

PRNDL accelerator brake: PRNDL-Fahrpedal/Bremse
Brake line pressure: Bremsleitungsdruck
Master cylinder pressure: Hauptzylinderdruck
HSBA status: HSBA-Status
WDS timer: WDS-Zeitgeber
Vehicle speed: Fahrzeuggeschwindigkeit
Start/Stop scheduler request: Start/Stopp-Planeranforderungen
Engine speed: Motordrehzahl
Crank shaft torque at wheel, wheel torque: Kurbelwellendrehmoment am Rad, Raddrehmoment
Brake torque: Bremsdrehmoment
Road load at wheel: Straßenlast am Rad
Engine start up flag: Motor-Anlass-Flag
D or L: D oder L
HSBA Phase I: HSBA-Phase-I
HSBA Phase II: HSBA-Phase-II
Stopped: Angehalten
Launch: Anfahren
Engine off: Motor aus
Engine starting: Motor anlassen
Engine running: Motor läuft

PRNDL accelerator brake: PRNDL-Fahrpedal/Bremse
Brake line pressure: Bremsleitungsdruck
Master cylinder pressure: Hauptzylinderdruck
HSBA status: HSBA-Status
WDS timer: WDS-Zeitgeber
Vehicle speed: Fahrzeuggeschwindigkeit
Start/Stop scheduler request: Start/Stopp-Planeranforderungen
Engine speed: Motordrehzahl
Crank shaft torque at wheel, wheel torque: Kurbelwellendrehmoment am Rad, Raddrehmoment
Brake torque: Bremsdrehmoment
Road load at wheel: Straßenlast am Rad
Engine start up flag: Motor-Anlass-Flag
D or L: D oder L
Stopped: Angehalten
Launch: Anfahren
Engine off: Motor aus
Engine starting: Motor anlassen
Engine running: Motor läuft

160: Bremssystem – kein Fehler
no: nein
yes: ja
162: HSBA blockieren
164: Fahrzeug auf Berg angehalten
166: HSBA freigegeben
168: Hat Motor automatisch angehalten?
170: Straßengradienten und Gradientendrehmomentlast TRL bestimmen
172: Bremsdruck P-HSBA für Motorneustartsteuerung bestimmen
174: Erforderlichen Druck für Straßengradienten bestimmen
184: HSBA deaktiviert – Bremsdruck freigegeben
182: Bremspedal gedrückt
186: Motorneustart initiieren
178: HSBA aktiviert – Bremsdruck auf P_HSBA-Pegel gehalten
180: automatischer Motorneustart befohlen
188: HSBA-Zeitgeber auf Pegel 1 setzen
190: HSBA-Zeitgeber zählt herunter
192: HSBA-Zeitgeber > null
194: Bremspedal gedrückt?
197: Erfordert abgewürgter Motor einen automatischen Neustart?
108: Fahrzeugstillstand
210: HSBA aktiviert (Bremsdruck bei P_HSBA-Pegel gehalten) und HSB-Zeitgeber auf Pegel 2 setzen

yes: ja
no: nein
169: Ist Motordrehzahlspitze eingetreten?
198: HSBA-Zeitgeber auf Pegel 2 setzen
200: HSBA-Zeitgeber zählt herunter
202: HSBA-Austrittsbedingung: HSBA-Zeitgeber ≤ null oder T_{Crank_WHL} > T_RL
204: Bremsleitungsdruck freigeben
206: HSBA deaktiviert – HSBA blockiert
208: Bremspedal erneut gedrückt?
212: Bremsleitungsdruck von P_HSBA-Pegel auf P_ARL-Pegel reduzieren
194: Bremsleitungsdruck freigeben

Claims

Verfahren zum Unterstützen des Fahrzeuganfahrens auf einer Steigung, das mit einem automatischen Motorneustart einhergeht, umfassend: (a) Einlegen eines Gangs eines Getriebes, durch das der Motor und die Räder des Fahrzeugs gegenseitig antreibbar verbunden sind; (b) Anlegen eines Bremsdrucks, um eine Radbremsdrehmomentkapazität zu erzeugen, die ausreicht, um das Fahrzeug auf der Steigung stationär zu halten und Verbrennungsdrehmoment zu reduzieren, wenn der Motor neu startet; (c) Initiieren eines Motorneustarts; (d) Aufrechterhalten des Bremsdrucks, bis eine Spitze bei der Motordrehzahl auftritt und der Motor ein Raddrehmoment erzeugt, das gleich einem oder größer als ein Straßengradientenraddrehmoment für eine vorbestimmte Periode ist.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend das Freigeben des Bremsdrucks.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Freigeben des Bremsdrucks weiterhin das Freigeben eines Bremspedals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (a) weiterhin das Einlegen eines Vorwärtsfahrgangs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (b) weiterhin das Bestimmen des Straßengradientenraddrehmoments umfasst unter Verwendung der Beziehung T_RL = mg sinθ·Rw, wobei T_RL das Gradientenraddrehmoment ist, (m) die Fahrzeugmasse ist und θ der Winkel des Straßengradienten bezüglich einer horizontalen Ebene ist und Rw der effektive Reifenradius ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (c) weiterhin das Verwenden eines Anlassermotors zum Durchdrehen des Motors während des Motorneustarts umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (d) weiterhin umfasst: falls eine Motordrehzahlspitze während einer ersten Periode auftritt, Ausführen der Schritte (d) und (e), vorausgesetzt entweder eine zweite Periode nach der ersten Periode ist abgelaufen oder der Motor erzeugt ein Raddrehmoment, das größer oder gleich dem Straßengradientenraddrehmoment ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (d) weiterhin Folgendes umfasst: falls eine Motordrehzahlspitze nicht während der Periode auftritt und der Motor nicht läuft, Halten des Bremsdrucks während einer zulässigen Betätigungsperiode, bis ein weiterer Motorneustart eintritt.