DE102011083326A1

DE102011083326A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor in einer Segel-Betriebsart

Info

Publication number: DE102011083326A1
Application number: DE201110083326
Authority: DE
Inventors: Urs Christen; Andreas R. Schamel; Uwe Gussen; Götz-Philipp Wegner
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2013-03-28
Also published as: CN103016179A; CN103016179B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor in einer Segel-Betriebsart, in welcher das Kraftfahrzeug auf einer im Wesentlichen ebenen Straße im Wesentlichen vortriebslos und im Wesentlichen ohne spürbares Motorschleppmoment rollt, wenn es keine Vortriebs- oder Bremsanforderung eines Fahrers des Kraftfahrzeugs gibt. Gemäß der Erfindung wird die Segel-Betriebsart nicht durch automatisches Öffnen des Antriebsstrangs hergestellt, sondern bei geschlossener Kupplung dadurch nachgeahmt, dass dem Verbrennungsmotor so viel Kraftstoff/Luft-Gemisch zugeführt wird, dass das Motorschleppmoment zu einem überwiegenden Teil, aber nicht vollständig kompensiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor in einer Segel-Betriebsart, in welcher das Kraftfahrzeug auf einer im Wesentlichen ebenen Straße im Wesentlichen vortriebslos und im Wesentlichen ohne spürbares Motorschleppmoment rollt, wenn es keine Vortriebs- oder Bremsanforderung eines Fahrers des Kraftfahrzeugs gibt.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der DE 10 2008 029 453 A1 bekannt.
Ein konventionelles Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor wird wegen des Motorschleppmomentes langsamer, wenn der Fahrer den Fuß vom Fahrpedal nimmt. Nur bei stärkerem Gefälle reicht das Motorschleppmoment nicht aus, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern. Dies hängt auch von der Fahrzeugmasse, der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und dem gerade eingelegten Gang ab.
Bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor und Automatikgetriebe gibt es eine sog. Segel-Betriebsart, in welcher der Antriebsstrang automatisch geöffnet wird, üblicherweise durch automatisches Öffnen einer Kupplung, wenn der Fahrer den Fuß vom Fahrpedal nimmt. Der Verbrennungsmotor kann in der Segel-Betriebsart im Leerlauf oder z.B. im Falle einer Start/Stopp-Automatik auch ganz abgeschaltet sein. In der Segel-Betriebsart ist das Motorschleppmoment beseitigt, um Kraftstoff zu sparen.
Verschiedene Fahrerinteraktionen wie z.B. Betätigen des Bremspedals, des Fahrpedals oder des Gangwählhebels führen zum Schließen des Antriebsstrangs, d.h. zu einer Beendigung der Segel-Betriebsart, und zu einem konventionellen Fahrzeugverhalten. Mit dieser allgemeinen Logik hat der Fahrer die Kontrolle über das Aktivieren bzw. Deaktivieren der Segel-Betriebsart, und er kann zwischen Segel-Betriebsart und konventionellem Rollen mit Motorschleppmoment wählen.
Die Segel-Betriebsart ermöglicht es, Kraftstoff zu sparen, weil das Kraftfahrzeug auf einer im Wesentlichen ebenen Straße vortriebslos weiter rollen kann als ein Kraftfahrzeug mit manueller Kupplung unter dem Einfluss des Motorschleppmomentes, insbesondere vor dem Hintergrund, dass das Motorschleppmoment noch größer wird, wenn in Phasen ohne Vortriebsanforderung die Kraftstoffzufuhr nicht auf Leerlaufniveau gehalten, sondern vollständig abgeschaltet wird (Schubabschaltung). Außerdem gibt die Segel-Betriebsart dem Fahrer ein Fahrgefühl, das ihn zu einem defensiveren Fahrstil anregt, was ebenfalls zum Kraftstoffsparen beiträgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, von den Vorteilen einer Segel-Betriebsart bei einem Kraftfahrzeug auch dann zu profitieren, wenn ein automatisches Öffnen des Antriebsstrangs nicht möglich ist, insbesondere bei einem Kraftfahrzeug mit manuellem Getriebe und manueller Kupplung, aber auch bei einem Kraftfahrzeug mit automatischem Getriebe, bei dem eine Segel-Betriebsart mit automatischem Öffnen des Antriebsstrangs entweder nicht vorgesehen ist oder nicht möglich ist, weil es keine automatisch betätigbare Kupplung gibt, wie es bei Automatikgetrieben mit Drehmomentwandler der Fall sein kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung wird eine Segel-Betriebsart bei geschlossener Kupplung dadurch nachgeahmt, dass dem Verbrennungsmotor so viel Kraftstoff/Luft-Gemisch zugeführt wird, dass das Motorschleppmoment zu einem überwiegenden Teil, aber nicht vollständig kompensiert wird. Dadurch hat der Fahrer praktisch das gleiche Fahrgefühl wie in der Segel-Betriebsart eines Kraftfahrzeugs mit Automatikgetriebe, ohne die Kupplung öffnen zu müssen.
Gemäß der Erfindung wird das Motorschleppmoment nicht vollständig beseitigt, sondern nur zu einem überwiegenden Teil, beispielsweise 80 %. Dies hat zwei Vorteile: Erstens verhindert dies ein mögliches Rasseln des Getriebes, und zweitens besteht auf diese Weise keine Gefahr, dass das Kraftfahrzeug auf einer im Wesentlichen ebenen Straße während einer Segel-Phase beschleunigt, ohne dass der Fahrer dies beabsichtigt oder bemerkt.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Kraftfahrzeug mit manuell zu öffnendem Antriebsstrang durchgeführt, insbesondere bei einem Kraftfahrzeug mit manuellem Getriebe und manueller Kupplung, so wird das Nachahmen einer Segel-Betriebsart vorzugsweise auf einen bestimmten Drehzahlbereich beschränkt, wobei die untere Grenze ungefähr gleich einer Leerlaufdrehzahl oder ein wenig größer ist und die obere Grenze einer relativ hohen Drehzahl entspricht. Motordrehzahlen nahe der Leerlaufdrehzahl verwendet der Fahrer möglicherweise bewusst für Langsamfahrt, wobei er einen gewissen Vortrieb benötigt, und hohe Motordrehzahlen verwendet der Fahrer möglicherweise bewusst, um mit dem Motorschleppmoment langsamer oder zumindest nicht schneller zu werden, etwa auf einer abschüssigen Straße. Wenn der genannte Drehzahlbereich verlassen wird, sollte das Nachahmen einer Segel-Betriebsart beendet werden.
Vorzugsweise entspricht der Drehzahl-Schwellenwert, oberhalb dessen das Nachahmen einer Segel-Betriebsart nicht gestartet bzw. beendet wird, damit das Kraftfahrzeug das ganze Motorschleppmoment erfährt, ungefähr einer Motordrehzahl, oberhalb der eine Gangwechselanzeige im Kraftfahrzeug dem Fahrer anzeigt oder – falls eine solche Anzeige nicht vorgesehen ist – anzeigen würde, dass er in einen höheren Gang schalten sollte. Dadurch ist das Motorschleppmoment dann wirksam, wenn der Fahrer dies normalerweise erwartet, und es kann somit gezielt eingesetzt werden, wenn es benötigt wird.
Weil bei der Erfindung die Kupplung nicht geöffnet wird und weil vorzugsweise das Nachahmen einer Segel-Betriebsart auf einen bestimmten Drehzahlbereich beschränkt wird, existiert nicht die bei einem Kraftfahrzeug mit manuellem Getriebe, aber automatischer Kupplung bestehende Gefahr, dass beim Schließen der Kupplung am Ende einer Segel-Phase ein unpassender Gang eingelegt ist, sei es, weil das Kraftfahrzeug langsamer geworden ist oder weil der Fahrer in einen anderen Gang geschaltet hat. Bei einem Kraftfahrzeug mit automatischem Getriebe und automatischer Kupplung kann diese Problematik dadurch vermieden werden, dass die Gänge auch während einer Segel-Phase passend zur Geschwindigkeit gewechselt werden.
Die Erfindung ist nicht auf Kraftfahrzeuge mit manuellem Getriebe und manueller Kupplung beschränkt, sondern eignet sich auch für ein Kraftfahrzeug mit Automatikgetriebe, bei dem eine Segel-Betriebsart mit automatischem Öffnen des Antriebsstrangs aus irgendwelchen Gründen nicht vorgesehen oder nicht möglich ist. In diesem Fall ist es nicht notwendig, den Drehzahlbereich für das Nachahmen der Segel-Betriebsart nach oben zu begrenzen, weil die Getriebegänge auch während einer Segel-Phase automatisch angepasst werden. Doch ist es sinnvoll, die Segel-Betriebsart in einem Kraftfahrzeug mit Automatikgetriebe zu verbieten, wenn der Fahrer den Wählhebel für den Fahrmodus auf L (niedrigster Gang) oder M (manuell) stellt, weil der Fahrer in so einem Fall wahrscheinlich das ganze Motorschleppmoment nutzen möchte, wie z.B. während einer Bergabfahrt.
Vorzugsweise wird das Nachahmen einer Segel-Betriebsart beendet, wenn es eine Vortriebs- oder Bremsanforderung des Fahrers gibt, z.B. indem dieser das Fahrpedal oder das Bremspedal betätigt. Bevorzugt wird das Nachahmen einer Segel-Betriebsart auch dann beendet, wenn die Straße ein über einem Gefälle-Schwellenwert liegendes Gefälle bekommt, was auf verschiedene Arten ermittelt werden kann. Bei Beendigung einer Segel-Betriebsart kann auch eine Schubabschaltung aktiviert werden, d.h. die Kraftstoffzufuhr wird vollständig abgeschaltet, um das maximale Motorschleppmoment zu erhalten.
Das Motorschleppmoment ist insbesondere die Summe des aktuellen Motorreibungsmomentes und der Drehmomentanforderungen aller mechanisch vom Verbrennungsmotor angetriebenen Aggregate im Kraftfahrzeug, insbesondere von einer Lichtmaschine und – sofern vorhanden – dem Kompressor einer Fahrzeugklimaanlage.
Mit der Erfindung werden beinahe alle Vorteile des herkömmlichen Segelns mit geöffneter Kupplung erreicht, aber ohne den Aufwand für eine z. B. elektrisch betätigte Kupplung und ohne die Gefahr, dass ein falscher Gang eingelegt ist, da der Antriebsstrang bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht geöffnet wird. Falls der Fahrer dennoch einen falschen Gang einlegt, gibt es keinen Unterschied zum konventionellen Fahren, da der Fahrer dies sofort bemerkt und nicht erst nach längerer Zeit, wie es beim Segeln eines Kraftfahrzeugs mit manuellem Getriebe und elektrisch betätigter Kupplung der Fall sein kann.
Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:
1 ein Flussdiagramm der Steuerstrategie beim Nachahmen einer Segel-Betriebsart eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, und
2 einen Graphen, der die Motorreibung in Abhängigkeit von der Drehzahl für Benzin- und Dieselmotoren veranschaulicht.
1 zeigt eine Steuerroutine, die in einer elektronischen Motorsteuereinheit eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, fußbetätigter Kupplung und handgeschaltetem Getriebe wiederholt durchlaufen wird. Die Routine wird initialisiert bei jeder Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs (Schritt S1). Bei jedem Durchlaufen der Routine werden mittels geeigneter Sensoren die aktuelle Motordrehzahl und die aktuellen Stellungen des Fahrpedals und des Bremspedals gelesen (Schritt S2), und es wird geprüft, ob in der elektronischen Motorsteuereinheit irgendein Segeln-Verboten-Merker gesetzt ist (Schritte S3, S4). Ist ein Segeln-Verboten-Merker gesetzt, geht die Routine zum Schritt S2 zurück.
Es gibt verschiedene Bedingungen, unter denen ein Segeln-Verboten-Merker gesetzt sein kann, etwa wenn es in einer gewissen vorhergehenden Zeitspanne irgendwelche abrupten Pedalbewegungen gegeben hat oder wenn gerade ein abschüssiger Straßenabschnitt befahren wird. Bei einem Kraftfahrzeug mit Automatikgetriebe kann ein Segeln-Verboten-Merker auch gesetzt sein, wenn der Fahrer den Fahrmodus L oder M gewählt hat.
Ist kein Segeln-Verboten-Merker gesetzt, ist Segeln grundsätzlich erlaubt, und es wird im Schritt S5 geprüft, ob die beiden Bedingungen erfüllt sind, dass die Motordrehzahl N kleiner als ein Schwellenwert Nmax ist und dass weder das Fahrpedal noch das Bremspedal getreten ist. Lautet das Ergebnis der Prüfung im Schritt S5 Nein, so geht die Routine zum Schritt S2 zurück. Lautet das Ergebnis der Prüfung im Schritt S5 Ja, so wird im Schritt S6 Pseudo-Segeln gestartet.
Unter Pseudo-Segeln wird ein Betrieb des Kraftfahrzeugs derart verstanden, dass es bei geschlossener Kupplung auf einer im Wesentlichen ebenen Straße im Wesentlichen vortriebslos und im Wesentlichen ohne spürbares Motorschleppmoment rollt, indem dem Verbrennungsmotor so viel Kraftstoff/Luft-Gemisch zugeführt wird, dass das Motorschleppmoment zu einem überwiegenden Teil, aber nicht vollständig kompensiert wird, z. B. zu ca. 80 %.
In Anschluss an den Schritt S6 werden im Schritt S7 wieder die aktuelle Motordrehzahl und die aktuellen Stellungen des Fahrpedals und des Bremspedals gelesen, und im Schritt S8 wird geprüft, ob eine der drei Bedingungen erfüllt ist, dass erstens die Motordrehzahl N größer als der Schwellenwert Nmax ist, dass zweitens die Motordrehzahl N nahe an der Leerlaufdrehzahl L ist, und dass drittens das Fahrpedal oder das Bremspedal getreten ist. Lautet das Ergebnis der Prüfung im Schritt S8 Nein, so geht die Routine zum Schritt S7 zurück. Lautet das Ergebnis der Prüfung im Schritt S8 Ja, so wird im Schritt S9 das Pseudo-Segeln beendet, und die Routine geht zum Schritt S2 zurück.
Wenn der Fahrer das Erreichen der Leerlaufdrehzahl verhindert, indem er herunterschaltet, ist es nicht erforderlich, das Pseudo-Segeln zu beenden.
Der Kraftstoffverbrauch eines unbelasteten Verbrennungsmotors wird nur wenig größer, wenn der Verbrennungsmotor mit etwas höheren Drehzahlen als die Leerlaufdrehzahl betrieben wird. Dies erkennt man aus 2, welche für einen typischen Verbrennungsmotor den mittleren Arbeitsdruck fmep (für engl. "friction mean effective pressure"), der zur Überwindung der Motorreibung erforderlich ist, in Abhängigkeit von der Motordrehzahl zeigt. Daher kann das oben beschriebene Pseudo-Segeln durchgeführt werden, ohne dass der Kraftstoffverbrauch insgesamt steigt, da das Kraftfahrzeug in der Segel-Phase in der Regel weiter rollen kann als ohne das Pseudo-Segeln. Der Leistungsverbrauch beim Pseudo-Segeln entspricht der zur Überwindung der Motorreibung erforderlichen Leistung plus der Leistung, die von Hilfseinrichtungen wie z. B. einer Lichtmaschine und einem Klimaanlagen-Kompressor angerufen wird, welche mechanisch vom Verbrennungsmotor angetrieben werden.
Bei größeren Drehzahlen wird die Energiebilanz jedoch ungünstig, weshalb das Pseudo-Segeln jedenfalls bei einem Kraftfahrzeug mit manueller Kupplung und manuellem Getriebe auf Drehzahlen unterhalb des Schwellenwertes Nmax beschränkt wird. Ergonomisch zweckmäßig ist es, den Schwellenwert Nmax gleich oder ungefähr gleich der Motordrehzahl zu setzen, oberhalb derer eine Gangwechselanzeige am Armaturenbrett dem Fahrer anzeigt, dass er in einen höheren Gang schalten sollte.
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 102008029453 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor in einer Segel-Betriebsart, in welcher das Kraftfahrzeug auf einer im Wesentlichen ebenen Straße im Wesentlichen vortriebslos und im Wesentlichen ohne spürbares Motorschleppmoment rollt, wenn es keine Vortriebs- oder Bremsanforderung eines Fahrers des Kraftfahrzeugs gibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Segel-Betriebsart nicht durch automatisches Öffnen des Antriebsstrangs hergestellt wird, sondern bei geschlossener Kupplung dadurch nachgeahmt wird, dass dem Verbrennungsmotor so viel Kraftstoff/Luft-Gemisch zugeführt wird, dass das Motorschleppmoment zu einem überwiegenden Teil, aber nicht vollständig kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem Kraftfahrzeug mit manuell zu öffnendem Antriebsstrang durchgeführt wird, insbesondere bei einem Kraftfahrzeug mit manuellem Getriebe und manueller Kupplung.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachahmen der Segel-Betriebsart nur bei Drehzahlen gestartet wird, die größer als eine Leerlaufdrehzahl und kleiner als ein oberer Drehzahl-Schwellenwert sind.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachahmen einer Segel-Betriebsart beendet wird, wenn der genannte Drehzahlbereich verlassen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahl-Schwellenwert, oberhalb dessen das Nachahmen einer Segel-Betriebsart nicht gestartet bzw. beendet wird, ungefähr einer Motordrehzahl entspricht, oberhalb derer eine Gangwechselanzeige im Kraftfahrzeug dem Fahrer anzeigt oder anzeigen würde, dass er in einen höheren Gang schalten sollte.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem Kraftfahrzeug mit Automatikgetriebe durchgeführt wird, bei dem eine Segel-Betriebsart mit automatischem Öffnen des Antriebsstrangs nicht vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachahmen einer Segel-Betriebsart beendet wird, wenn es eine Vortriebs- oder Bremsanforderung des Fahrers gibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachahmen einer Segel-Betriebsart beendet wird, wenn die Straße ein über einem Gefälle-Schwellenwert liegendes Gefälle bekommt.
Verfahren nach Anspruch 4, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass s eine Schubabschaltung aktiviert wird, wenn eine Segel-Betriebsart beendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorschleppmoment die Summe des aktuellen Motorreibungsmomentes und der Drehmomentanforderungen aller mechanisch vom Verbrennungsmotor angetriebenen Aggregate im Kraftfahrzeug ist, insbesondere einer Lichtmaschine und/oder eines Kompressors einer Fahrzeugklimaanlage.
Vorrichtung zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor in einer Segel-Betriebsart, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.