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Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Motor eines Fahrzeugs und eine Steuereinrichtung.
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Bei Fahrzeugen mit manuellem Schaltgetriebe muss ein Fahrer das Gaspedal und das Kupplungspedal koordiniert so betätigen, dass der Motor weder aufheult noch abgewürgt wird. Dies setzt Erfahrung und Geschicklichkeit voraus. Die
DE 10 2006 025 178 A1 beschreibt eine Anfahrunterstützung, bei der zur Unterstützung des Fahrers durch Verändern der Drosselklappenöffnung eine Drehmomentreserve erhöht wird. Diese Maßnahme kann aber zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führen.
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Es ist eine Aufgabe, ein Verfahren zum Ansteuern eines Motors eines Fahrzeugs und einen Fahrzeugantrieb bereitzustellen, mit denen eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Motors eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei das Fahrzeug ein Kupplungspedal und ein Schaltgetriebe mit einem Neutralgangsensor aufweist. Der Neutralgangsensor ist zum Anzeigen, ob entweder ein Gang eingelegt ist oder ob das Schaltgetriebe auf Neutral geschaltet ist, eingerichtet. Das Verfahren weist folgende Schritte auf. Es wird überprüft, ob das Kupplungspedal in einer Position ist, bei der es durchgetreten ist. Anschließend wird überprüft, ob das Kupplungspedal in einer Position ist, bei der es nicht mehr durchgetreten ist, und ob der Neutralgangsensor anzeigt, dass ein Gang eingelegt ist. Falls der vorhergehende Überprüfungsschritt ergibt, dass das Kupplungspedal nicht mehr durchgetreten ist und dass der Neutralgangsensor anzeigt, dass ein Gang eingelegt ist, wird der Sollwert der Drehzahl des Motors über die Leerlaufdrehzahl erhöht und/oder die Drehmomentreserve über die Leerlaufdrehmomentreserve erhöht. Andernfalls werden der Sollwert der Drehzahl des Motors und die Drehmomentreserve belassen. Die Leerlaufdrehzahl ist die Drehzahl, die bei voll durchgetretenem Pedal vorgegeben ist. Die Leerlaufdrehmomentreserve ist entsprechend die Drehmomentreserve, die bei voll durch getretenem Kupplungspedal eingestellt wird. Beispielsweise ist die Leerlaufdrehzahl im Normalbetrieb 680 Umdrehungen pro Minute. Diese Leerlaufdrehzahl muss aber kein fester Wert sein, er kann mit dem Verbrauch etwas variieren. Verbraucht die Klimaanlage des Fahrzeugs viel Energie, kann die Leerlaufdrehzahl im genannten Beispiel dann 750 Umdrehungen pro Minute betragen.
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Dadurch, dass überprüft wird, ob ein Gang eingelegt wird, wird verhindert, dass die Drehzahl des Motors auch erhöht wird, wenn die Gangschaltung in einer neutralen Position ist. Da das Erhöhen der Drehzahl oder das Erhöhen der Drehmomentreserve den Kraftstoffverbrauch steigert, ist es vorteilhaft, dass dies nur geschieht, wenn tatsächlich ein Gang eingelegt ist. Nur wenn ein Gang eingelegt ist, besteht die Gefahr, dass der Motor bei Verringern des Drucks auf das Kupplungspedal abwürgt.
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Das angegebene Verfahren lässt sich bei Fahrzeugen, die Drive-by-Wire und insbesondere Brake-by-Wire einsetzen, verwenden.
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Besonders geeignet ist das Verfahren bei Fahrzeugen, die zum Beispiel wegen einer eingebauten Start-Stopp-Automatik bereits einen Neutralgangsensor aufweisen. Das Ausgangssignal des Neutralgangsensors wird für die Motorsteuerung verwendet und kann somit auch genutzt werden, um das Erhöhen der Drehzahl der vorbestimmten Drehmomentreserve im Leerlauf zu beeinflussen.
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In einer Ausführungsform wird zum Erhöhen der Drehmomentreserve die Zündung auf spätere Zündwinkel eingestellt und die Menge der in den Motor eingesaugten Luft erhöht. Damit kann zum Anfahren schnell Drehmoment zur Verfügung gestellt werden.
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Das Erhöhen der Drehmomentreserve kann beispielsweise durch Ändern der Stellung der Drosselklappe erfolgen. Durch das Erhöhen der Menge der eingesaugten Luft und dem Verstellen des Zündwinkels kann die Drehmomentreserve erhöht werden, um das Anfahren zu unterstützen, ohne dass der Motor abwürgt.
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In dieser Ausführungsform wird die Zündung nach spät gefahren und die Drosselklappe gleichzeitig geöffnet. An der Kupplung ist dies zunächst Momenten-neutral, führt jedoch dazu, dass beim Ottomotor von einer Verbrennung zur nächsten, bei Bedarf, ein großer Drehmomentsprung erzeugt werden kann. Die Drehzahl wird ebenfalls erst angehoben, wenn das Kupplungspedal wieder angehoben wird. Die Drehzahlerhöhung und die Drehmomentreserve werden in der Regel gleichzeitig getriggert.
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Vorzugsweise enthält das Verfahren einen zusätzlichen Schritt des Verringerns des Sollwerts der Drehzahl des Motors, falls bei einer Überprüfung festgestellt wurde, dass das Kupplungspedal wieder durchgetreten ist. Unter durchgetretenem Kupplungspedal wird hier verstanden, dass es nicht notwendigerweise bis zum Anschlag durchgetreten sein muss. Es reicht, dass das Kupplungspedal weitestgehend durchgetreten ist, das heißt, dass die Kupplungspedalposition einen Schwellwert, der nahe dem Anschlag des Kupplungspedals ist, überschritten hat. Beim Schritt des Überprüfens, ob das Kupplungspedal in einer Position ist, bei der es nicht mehr durchgetreten ist, wird in dieser Ausführungsform überprüft, ob sich das Kupplungspedal außerhalb eines unteren Pedalbereichs befindet.
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Die Anmeldung betrifft auch eine Steuereinrichtung zum Ansteuern eines Motors eines Fahrzeugs beim Anfahren. Das Fahrzeug weist dabei einen Motor, ein Kupplungspedal und ein Schaltgetriebe mit einem Neutralgangsensor zum Anzeigen, ob entweder ein Gang eingelegt ist oder ob das Schaltgetriebe auf Neutral steht, auf. Das Steuergerät enthält eine erste Überprüfungseinheit zum Überprüfen, ob das Kupplungspedal in einer Position ist, bei der das Kupplungspedal durchgetreten ist. Sie enthält zudem eine Vorgabeeinstellung zum Einstellen eines Sollwerts der Drehzahl und zum Einstellen der Drehmomentreserve des Motors. Dabei ist die Vorgabeeinstellung zum Einstellen des Sollwerts auf eine Leerlaufdrehzahl und der Drehmomentreserve auf eine Leerlaufdrehmomentreserve in dem Fall, dass die erste Überprüfungsvorrichtung anzeigt, dass das Kupplungspedal durchgetreten ist, eingerichtet.
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Eine zweite Überprüfungseinrichtung ist zum Überprüfen, ob das Kupplungspedal in einer Position ist, bei der es nicht mehr durchgetreten ist, und ob der Neutralgangsensor des Fahrzeugs anzeigt, dass ein Gang eingelegt ist, eingerichtet. Die Vorgabeeinstellung ist zum Erhöhen des Sollwerts der Drehzahl und/oder der Drehmomentreserve des Motors, falls die zweite Überprüfungseinheit anzeigt, dass das Kupplungspedal nicht mehr durchgetreten ist, und dass der Neutralgangsensor anzeigt, dass ein Gang eingelegt ist, und andernfalls zum Belassen des Sollwerts der Drehzahl des Motors und der Drehmomentreserve, eingerichtet.
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Das Steuergerät ermöglicht, dass bei neutralem Gang die Drehzahl und/oder die Drehmomentreserve des Motors nicht erhöht wird, womit Kraftstoff eingespart wird.
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In einer Ausführungsform ist die Vorgabeeinstellung zum Erhöhen der Drehmomentreserve zum Stellen der Zündwinkel auf spätere Zündwinkel eingerichtet.
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Zusätzlich ist die Vorgabeeinstellung zum Erhöhen der Drehmomentreserve durch Erhöhen der Menge der in den Motor eingesaugten Luft eingerichtet.
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Die Vorgabeeinstellung kann auch zum Erhöhen der Menge der angesaugten Luft durch Anfordern einer Vergrößerung der Öffnung einer Drosselklappe eingerichtet sein.
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In einer Ausführungsform ist die Vorgabeeinstellung zum Verringern des Sollwerts der Drehzahl eingerichtet, falls der Sollwert der Drehzahl über der vorgegebenen Leerlaufdrehzahl liegt und von der zweiten Überprüfungsvorrichtung festgestellt wurde, dass die Position des Kupplungspedals wieder eine obere Schwelle überschritten hat. In diesem Fall kann die Drehzahl des Motors wieder auf die Leerlaufdrehzahl zurückgeführt werden, da offensichtlich der Fahrer doch nicht anfährt, sondern lediglich das Kupplungspedal für eine kurze Zeit zurückgenommen hat.
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Die Überprüfungseinrichtung ist zum Überprüfen, ob das Kupplungspedal in einer Position ist, bei der es nicht mehr durchgetreten ist, derart eingerichtet, dass sie überprüft, ob die Position des Kupplungspedals sich außerhalb eines vorbestimmten unteren Bereichs befindet.
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Schließlich betrifft die Anmeldung auch ein Fahrzeug mit einer derartigen Steuereinrichtung.
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Mit dem Verfahren und der Steuereinrichtung kann verhindert werden, dass eine große Drehmomentreserve bzw. eine hohe Drehzahl aufgebaut wird, wenn der Fahrer, ohne einen Gang eingelegt zu haben, das Kupplungspedal nur kurzzeitig loslässt oder in einem mittleren Bereich lässt. Dies wird dadurch erreicht, dass eine Information, die von einem Neutralgangsensor bereitgestellt wird, in Betracht gezogen wird. Wenn der Neutralgangsensor anzeigt, dass ein Gang eingelegt ist und der Fahrer die Kupplung bis kurz vor den Schleifpunkt losgelassen hat, wird die Drehmomentreserve bzw. die Drehzahl erhöht. Auf gleiche Weise können weitere Assistenzfunktionen genau dann zugeschaltet werden, wenn sie benötigt werden.
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Mit diesem Verfahren kann die Drehmomentreserve, indem zum Beispiel die Zündung verzögert wird und der Luftmassenstrom erhöht wird, bis zum Vollgas erhöht werden. Dies dient dazu, das Anfahren möglichst angenehm für den Fahrer zu machen. Es ist möglich, zusätzliche Funktionen auf diese Weise zu aktivieren, ohne Effizienz durch das Erzeugen von Drehmomentreserve oder einer höheren Drehzahl zu verlieren, da die Funktionen nur dann aktiviert werden, wenn sie benötigt werden.
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Die Anmeldung betrifft auch ein Computerprogramm, das, wenn es auf einer programmierbaren Steuerschaltung eines Fahrzeugs ausgeführt wird, die programmierbare Steuerschaltung anleitet, die Schritte eines der oben beschriebenen Verfahren durchzuführen. Die Anmeldung betrifft auch einen Datenspeicher mit einem solchem Computerprogramm.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen, die mit Hilfe der Figuren dargestellt sind, erläutert. Dabei zeigen
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1 ein Schaltbild für schematische Funktionsblöcke eines Fahrzeugs, in dem das Steuergerät implementiert ist;
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2 Signalverläufe an ausgewählten Punkten des Schaltbildes in 1;
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3 Pedalpositionen eines Kupplungspedals;
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4 Signalverläufe in Abhängigkeit des Kupplungspedals.
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1 zeigt schematisch in einem Schaltbild die Funktionsblöcke und Elemente, die zum Steuern eines Motors eines Fahrzeugs 5 verwendet werden. Das Fahrzeug 5 enthält eine äußere Schaltanlage 17 mit einem Gangschalthebel 7, ein Schaltgetriebe 6, einen Neutralgangsensor 3, ein Kupplungspedal 4, eine Motorsteuerung 2 und einen Motor 1.
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Ein Fahrer betätigt das Kupplungspedal 4 und einen Gangschalthebel 7. An dem Kupplungspedal 4 ist mindestens ein Sensor vorgesehen, der die Position des Kupplungspedals 4 anzeigt. Dieser Sensor kann ein Potentiometer sein, der zumindest die Signale BoT und ToT ausgibt. BoT gibt an, ob das Kupplungspedal durchgetreten ist, während ToT angibt, ob das Kupplungspedal in seiner Ausgangsposition ist. Anders ausgedrückt zeigt BoT für BottomOfTravel ein durchgetretenes Pedal an, ToT für TopOfTravel ein nur leicht getretenes Kupplungspedal. Falls das Pedal gar nicht berührt wird, zeigen beide Werte den Status ”FALSE” an.
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Der Gangschalthebel 7 ist mit dem Schaltgetriebe 6 über Seilzüge S oder über Schaltgestänge verbunden.
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Das Signal N ist ein pulsweiten-moduliertes Rechtecksignal. Der Zusammenhang zwischen dem Taktgrad des Signals N und der Lage des Gangschalthebels ist in einer Aufführungsform linear, wobei ein Taktgrad von 10% oder 90% einen eingelegten Gang anzeigt. Bei einem Signal von 100% oder 0% wird auf Fehler erkannt. Bei Taktgraden von 50% oder nahe von 50% ist kein Gang eingelegt. Beispielsweise ist der Taktgrad bei eingelegtem ersten Gang 90% und bei dem zweiten Gang 10%. In einer alternativen Ausführung folgt der Zusammenhang einer Glockenform. Dabei würde in beiden Gängen ein Wert von z. B. 10% angezeigt werden. 0% zeigt aber in jedem Fall einen Fehlerfall an.
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Die Motorsteuerung 2 empfängt unter anderem die Signale N, ToT und BoT als Eingangssignale. Die Motorsteuerung 2 gibt Steuersignale C an den Motor 1 aus, der als Verbrennungsmotor ausgebildet ist. Diese Steuersignale C bestimmen die Zündzeitpunkte für die Zündung des Verbrennungsmotors sowie für die Öffnung der Drosselklappe. Der Motor 1 treibt eine Ausgangswelle an, die sich mit einer Drehzahl n dreht und ein Drehmoment T liefert.
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In der Motorsteuerung 2, die als Steuereinheit für den Motor dient, sind die Funktionsblöcke, die für die Durchführung des Verfahrens dienen, als eine erste Überprüfungseinheit 10, eine Vorgabeeinstellung 11 und eine zweite Überprüfungseinheit 12 dargestellt.
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Die erste Überprüfungseinheit 10 dient zum Überprüfen, ob das Kupplungspedal 4 in einer Position ist, in der das Kupplungspedal durchgetreten ist, und die Vorgabeeinstellung 11 dient zum Vorgeben des Sollwerts der Drehzahl des Motors und die zweite Überprüfungseinheit 12 zum Überprüfen, ob das Kupplungspedal in einer Position ist, bei der es nicht mehr durchgetreten ist, und ob der Neutralgangsensor 3 des Fahrzeugs anzeigt, dass ein Gang eingelegt ist.
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Die Funktionsblöcke können unterschiedlich realisiert werden. Es ist beispielsweise möglich, diese in getrennten Schaltungen zu realisieren. Sie können aber auch als Programmanweisungsroutinen in einem Mikrocontroller implementiert werden.
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2 zeigt Signale an ausgewählten Punkten aus 1 über der Zeit t. In 2 sind oben die Drehzahl n und die Drehzahlvorgabe nv eingezeichnet. Dabei ist die Vorgabe der Drehzahl nv mit glatten Linien gezeichnet, während der Verlauf der tatsächlichen Drehzahl n des Motors 1 unruhiger verläuft, aber im wesentlichen der Drehzahlvorgabe nv folgt.
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In dem zweiten Diagramm ist die Drehmomentreserve Tq des Motors gezeigt.
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Das dritte Diagramm zeigt den Verlauf des Signals ToT, das vierte Diagramm den Verlauf des Signals BoT und das fünfte, unten eingezeichnete Diagramm, das vom Neutralgangsensor ausgegebene Signal N.
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In dem Zeitraum von 0 Sekunden bis 25 Sekunden (s) ist kein Gang eingelegt, woraufhin das Signal N einen Taktgrad von 50% hat. Bei 12 s beginnt der Fahrer das Kupplungspedal durchzutreten und hält es auch bis zum Zeitpunkt von 14 s vollständig durchgetreten. Von 14 s bis 19 s ist das Kupplungspedal in einer mittleren Position. Bei 19 s lässt der Fahrer das Kupplungspedal vollständig wieder los. Bei 23 s tritt er das Kupplungspedal wieder durch. In der Zeit von 0 s bis 25 s ändert sich an der vorgegebenen Drehzahl, an der tatsächlichen Drehzahl und an der Drehmomentreserve nichts, da das Schaltgetriebe auf Neutral steht.
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Bei 25 s legt der Fahrer einen Gang ein, so dass das Signal N nun auf 10% springt. Anschließend, bei 25,5 s, lässt der Fahrer das Kupplungspedal etwas los, so dass es sich wieder in einer mittleren Position befindet. Die fallende Flanke des Signals BoT bewirkt, dass sich die Drehzahlvorgabe nv und die tatsächliche Drehzahl n sowie die Drehmomentreserve Tq erhöhen. Das Erhöhen der Drehmomentreserve Tq und der Drehzahl n erfolgt dadurch, dass die Motorsteuerung ein weiteres öffnen der Drosselklappe und das Verstellen des Zündwinkels nach spät vornimmt. Das tatsächliche Drehmoment an der Kurbelwelle wird nicht erhöht sondern lediglich die Drehmomentreserve. Das tatsächliche Drehmoment wird weiterhin 0 Nm betragen. Dies natürlich nur prinzipiell. Es ist durchaus wahrscheinlich, dass die zur Verfügung gestellte Drehmomentreserve vom Leerlaufregler konsumiert bzw. aufgebraucht wird und somit das tatsächliche Drehmoment erhöht wird. Es wird lediglich eine Drehmomentreserve zur Verfügung gestellt.
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Der Fahrer belässt das Kupplungspedal in einer mittleren Position. Als Anfahrunterstützung werden ihm nun die höhere Drehzahl und eine höhere Drehmomentreserve zur Verfügung gestellt. Beim Loslassen des Kupplungspedals wird nun das tatsächliche Drehmoment auch erhöht. Dies erfolgt dadurch, dass die Drehmomentreserve nun aufgebraucht wird. Ab dem Zeitpunkt 39 s ist wieder ein neutraler Gang eingelegt. Um den Gangwahlhebel wieder in eine neutrale Position zu bringen, ist in diesem Beispiel die Kupplung wieder vollständig durchgetreten. Dazu nimmt das Signal BoT wieder den Wert ”True” an. Natürlich kann der Gang auch ohne Kupplungsbetätigung herausgerissen werden, was aber nicht den Regelfall darstellt. Bei 43 s wird das Kupplungspedal vollständig losgelassen, das Signal Tot geht wieder auf Null zurück. Auch nachdem die Kupplung wieder voll gelöst ist, werden die Drehzahlerhöhung und die Drehmomentreserve noch eine gewisse Zeit von 3 Sekunden gehalten. Insofern erfolgt das Abbauen der Reserve und der Solldrehzahl nach dem Flankenwechsel des Signals ToT bei 43 s verzögert.
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Die vorgegebene Drehzahl, die tatsächliche Drehzahl des Motors und die Drehmomentreserve werden wieder gesenkt.
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3 zeigt Pedalpositionen des Kupplungspedals. Ein Kupplungspedal 100 ist drehbar um einen Ursprung 0 gelagert. Die Pfeilrichtung zeigt an, in welche Richtung sich das Kupplungspedal 100 bewegt, wenn der Fahrer es durchtritt. Hat der Fahrer seinen Fuß nicht auf dem Kupplungspedal 100, so ist die Pedalposition 0%, wenn er das Pedal etwas drückt, überschreitet er die Position ToT. Ungefähr auf halbem Weg zwischen dem losgelassenem Pedal und einem voll durchgetretenen Pedal befindet sich der Schleifpunkt SP. Tritt der Fahrer das Pedal noch mehr, so überschreitet das Kupplungspedal 100 die Pedalposition BoT. Bei voll durchgetretenem Pedal ist die Pedalposition 100%.
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4 zeigt den Verlauf der Signale BoT und ToT in Abhängigkeit der Pedalposition x. Die Signale BoT und ToT sind digitale Signale mit Spannungspegeln, die als High (H) und Low (L) bezeichnet werden. Die Pedalposition x bezeichnet den Weg von einer Ausgangsposition, wobei Kupplungspedal in der Ausgangsposition ist, in der der Fahrer das Kupplungspedal gar nicht berührt. x ist dabei in Prozent angegeben, wie es bezüglich 3 beschrieben ist. In der Ausgangsposition, das heißt, das Pedal ist vollständig losgelassen, ist x gleich 0%.
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Ist das Kupplungspedal bis zum Anschlag durchgetreten, befindet es sich in der Position x = Sw3. Der Pegel des Signals ToT liegt ab der Position x = 0% auf Low und verbleibt dort bis zu einer ersten Schwelle Sw1. Die erste Schwelle Sw1 liegt bei etwa 10% von Sw3. Bei Positionen x, die größer als die erste Schwelle Sw1 sind, ist der Signalpegel des Signals ToT High bis zu der Position Sw3.
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Das Signal ToT zeigt somit, wenn es auf Low liegt, an, dass sich das Kupplungspedal in der Ausgangsposition oder in der Nähe der Ausgangsposition befindet.
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Das Signal BoT ist Low von x = 0 bis zu einer zweiten Schwelle sw2, die bei etwa 90% von Sw3 liegt. Bei Pedalpositionen x größer als Sw2 ist das Signal Bot bei High. Das Signal BoT zeigt somit, wenn es High ist, dass das Kupplungspedal durchgetreten ist.
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Ist der Signalpegel des Signals ToT auf High und der Signalpegel des Signals BoT auf Low, befindet sich das Kupplungspedal in einer mittleren Position.
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In weiteren, hier nicht gezeigten, Ausführungsformen können weitere Signale anzeigen, in welchem Bereich die Pedalpositionen liegen. Beispielsweise könnte ein weiteres Signal einen mittleren Pedalpositionsbereich anzeigen.
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Bezugszeichenliste
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- 0
- Ursprung
- 1
- Motor
- 2
- Motorsteuerung
- 3
- Neutralgangsensor
- 4
- Kupplungspedal
- 5
- Fahrzeug
- 6
- Schaltgetriebe
- 7
- Gangschalthebel
- 10
- erste Überprüfungseinheit
- 11
- Vorgabeeinstellung
- 12
- zweite Überprüfungseinheit
- 17
- äußere Schaltanlage
- 100
- Kupplungspedal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006025178 A1 [0002]
