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Die Erfindung betrifft eine Start-Stopp-Einrichtung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit Schaltgetriebe, bei der der Schaltzustand einer Kupplung als eine Bedingung zum Starten und/oder Stoppen des Verbrennungsmotors berücksichtigt wird.
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Start-Stopp-Einrichtungen ermöglichen, den Kraftstoffverbrauch sowie Abgas- und Lärmemissionen zu reduzieren, indem sie den Verbrennungsmotor unter bestimmten Bedingungen automatisch ausschalten und wieder automatisch starten. Dabei ist (als eine Bedingung) die Stellung der Kupplung zu beachten: Bei Kraftfahrzeugen mit Schaltgetriebe und Verbrennungsmotor sind diese über die Kupplung entkoppelbar, beispielsweise um das Übersetzungsverhältnis des Schaltgetriebes (Gangwechsel) oder die Fahrtrichtung (Rückwärtsgang) zu ändern, sowie koppelbar, um die Antriebsleistung des Motors (über das Getriebe) auf Antriebsräder des Kraftfahrzeugs zu leiten. Je nach Fahrsituation und Steuerungsstrategie ist also beim Starten und/oder Stoppen des Motors zu beachten, ob dieser mit dem Getriebe und je nach Getriebestellung auch mit den Antriebsrädern gekoppelt ist oder nicht. Als Bedingungen werden neben der Kupplung auch beispielsweise eine Motordrehzahl, eine Fahrgeschwindigkeit und/oder die Getriebestellung berücksichtigt.
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Die Druckschrift
DE 4412438 C1 beschreibt eine Start-Stopp-Einrichtung, bei der eine Bedingung zum Ausschalten des Motors dann erfüllt ist, wenn die Fahrgeschwindigkeit kleiner oder gleich Null ist, die Motortemperatur einen bestimmten Wert annimmt, die Kupplung geschlossen ist und die Motordrehzahl kleiner als eine vorgegebene Grenzdrehzahl ist. Ein automatischer Start erfolgt, wenn die Motordrehzahl Null ist, ein Getriebegang eingelegt ist und ein Kupplungssensor feststellt, dass die Kupplung über den Greifpunkt hinaus getreten ist, also die Kupplung geöffnet ist.
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Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Betreiben einer Start-Stopp-Einrichtung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs bereit. Der Verbrennungsmotor ist mit einem Schaltgetriebe durch eine schaltbare Kupplung gekoppelt, die einen geöffneten und einen geschlossen Schaltzustand aufweist. Die Kupplung ist durch eine Betätigungsvorrichtung von dem geschlossenen in den geöffneten Schaltzustand und umgekehrt überführbar, wobei zwischen diesen beiden Schaltzuständen ein Kupplungsgreifpunkt liegt. Der Schaltzustand der Kupplung wird als eine Bedingung zum Starten und/oder Stoppen des Verbrennungsmotors berücksichtigt. Ein Positionssensor ist für die stetige oder quasi-stetige Erfassung zumindest eines Abschnitts einer Bewegung der Betätigungsvorrichtung vorgesehen, wobei durch die Bewegung der Betätigungsvorrichtung innerhalb des Abschnitts die Kupplung über den Kupplungsgreifpunkt hinwegführbar ist. Bei dem Verfahren wird wenigstens eine Temperatur gemessen, die den Kupplungsgreifpunkt beeinflusst, und/oder wenigstens eine frühere Messung des Kupplungsgreifpunkts verwendet. Der Kupplungsgreifpunkt wird aus dem Signal des Positionssensors sowie aus der Temperatur und/oder dem zuvor gemessenen Kupplungsgreifpunkt bestimmt.
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Die Erfindung stellt auch eine Start-Stopp-Einrichtung bereit, die zur Ausführung des genannten Verfahrens eingerichtet ist.
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Im folgenden werden fakultative Ausgestaltungen, die zum Teil auch Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sind, näher beschrieben.
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Die Betätigungsvorrichtung und die Kupplung bilden zusammen ein Kupplungssystem. Dabei weisen die Kupplung beispielsweise wenigstens zwei Kupplungselemente (z. B. Kupplungsscheiben) und die Betätigungsvorrichtung beispielsweise ein Steuerelement (z. B. ein Kupplungspedal mit Hydraulikzylinder) und ein Stellelement (z. B. ein Hydraulikzylinder der auf die Kupplungsscheibe wirkt), wobei das Stellelement vom Steuerelement ansteuerbar ist. Manche Kupplungssysteme, beispielsweise bei Verwendung eines automatischen Schaltgetriebes, weisen hingegen kein Kupplungspedal auf. Hierbei dient beispielsweise ein elektronisches Steuergerät als Steuerelement, durch das das Stellelement angesteuert wird.
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Die Betätigungsvorrichtung ist zum Schließen beziehungsweise Öffnen der Kupplung vorgesehen, beispielsweise indem mit ihr (wenigstens) ein verschiebbares Kupplungselement derart verschoben wird, dass es mit einem weiteren Kupplungselement einen gegenseitigen Kraftschluss herstellt oder löst. Hierzu beaufschlagt das Stellelement das (verschiebbare) Kupplungselement mit einer Kraft. Dementsprechend wird eine Drehmomentübertragung durch die Kupplung hergestellt beziehungsweise unterbrochen, also die Kupplung geschlossen beziehungsweise geöffnet. Nachfolgend wird unter „das Kupplungselement” das verschiebbare verstanden.
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Der Kupplungsgreifpunkt wird manchmal auch als Kupplungsschleifpunkt bezeichnet, da er die Grenze darstellt, an der (je nach Betätigungsrichtung, noch oder wieder) Schlupf zwischen Motor und Getriebe auftreten kann. Der genannte Positionssensor erfasst die Bewegung (genauer jeweilige Bewegungspositionen) wenigstens innerhalb des Abschnitts, in dem der Kupplungsgreifpunkt anzutreffen ist, und zwar kontinuierlich oder (mittels entsprechend hoher Auflösung) quasi-kontinuierlich.
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Im Übrigen liegt der Kupplungsgreifpunkt beim Kupplungsvorgang, also beim Schließen oder Öffnen der Kupplung, stets vor einer Endstellung der Kupplung, die etwa durch einen Endschalter erfassbar ist. Somit gewährt die Bestimmung des Kupplungsgreifpunkts eine frühzeitigere Information gegenüber einer Endstellung. Insgesamt lässt sich der Verbrennungsmotor so frühzeitiger starten und/oder stoppen.
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Durch die Temperaturmessung wird berücksichtigt, dass sich der Kupplungsgreifpunkt gegenüber einer Position der Betätigungsvorrichtung temperaturabhängig verschiebt. Dies ist beispielsweise durch die thermische Materialausdehnung der Betätigungsvorrichtung oder der Kupplungselemente bedingt.
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Mittels der wenigstens einen früheren Messung des (tatsächlichen) Kupplungsgreifpunkts wird beispielsweise die Beeinflussung der gegenseitigen Lagebeziehung zwischen Kupplungsgreifpunkt und Position der Betätigungsvorrichtung berücksichtigt, die beispielsweise durch Fertigungstoleranzen und/oder Verschleiß bedingt ist. Eine solche Messung wird beispielsweise bei einem früheren Kupplungsvorgang durchgeführt, also vor dem Zeitpunkt bei dem der Schaltzustand der Kupplung als Bedingung zum Starten und/oder Stoppen erfasst werden soll.
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Da der Kupplungsgreifpunkt, wie zuvor erläutert, durch diejenige Lage des Kupplungselements definiert ist, bei der Schlupf auftritt, wird er von der Start-Stopp-Einrichtung steuerungsmäßig beispielsweise als Ortsinformation in Form von Positionswerten des Positionssensors verwendet, da einerseits das Stellelement unmittelbar auf die Position des Kupplungselements wirkt und andererseits die Bewegung der Betätigungsvorrichtung durch den Positionssensor erfassbar ist.
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Nachfolgend werden verschiedene Ausgestaltungen der Kupplung sowie der Betätigungsvorrichtung näher erläutert, da diese auch dem Verständnis der anschließend genannten Ausgestaltungen dienen.
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Bei manchen Ausgestaltungen umfasst die Kupplung zwei konzentrisch angeordnete, bei geöffnetem Zustand der Kupplung axial beabstandete Kupplungsscheiben mit jeweils einer Reibfläche auf den einander zugewandten Seiten. Die Kupplungsscheiben sind (im Wesentlichen stirnseitig) auf jeweiligen Wellen angeordnet, von denen eine mit dem Motor und die andere mit dem Getriebe gekoppelt ist. Zum Koppeln von Motor und Getriebe wird die Kupplung geschlossen, indem eine der Kupplungsscheiben, die in axialer Richtung durch die Betätigungsvorrichtung verschiebbar gelagert ist, auf die andere, in axialer Richtung fixierte Kupplungsscheibe gepresst wird, sodass die Kopplung durch Reibschluss der Reibflächen entsteht.
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Bei manchen Ausgestaltungen umfasst die Betätigungsvorrichtung ein hydraulisches Stellelement, bei anderen Ausgestaltungen ein elektromechanisches Stellelement und bei noch anderen Ausgestaltungen umfasst die Betätigungsvorrichtung als Stellelement einen Seilzug und einen Hebel, der zwischen dem Seilzug und der Kupplungsscheibe angeordnet ist.
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Bei manchen Ausgestaltungen übt der Fahrer eine Kraft auf das Steuerelement aus, um die Kupplung zu betätigen. Bei einigen dieser Ausgestaltungen umfasst das Steuerelement ein Pedal oder einen Griffhebel, das bzw. der von dem Fahrer manuell zum Kuppeln betätigt wird. Bei einigen dieser Ausgestaltungen ist das Steuerelement mechanisch, etwa über den Seilzug, mit dem Stellelement verbunden. Bei anderen dieser Ausgestaltungen ist das Steuerelement hydraulisch mit dem Stellelement verbunden. Bei noch anderen dieser Ausgestaltungen wird das Steuerelement, beispielsweise das Pedal, der Griffhebel oder ein Bedienknopf, elektrisch oder elektronisch abgefragt und beispielsweise ein elektromechanisches oder auch ein hydraulisches Stellelement (von einem Steuergerät) entsprechend angesteuert.
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Bei manchen Ausgestaltungen wird die Kupplung, genauer z. B. das hydraulische oder elektromechanische Stellelement, also durch das Steuergerät elektronisch angesteuert. Bei einigen dieser Ausgestaltungen ist ein Steuerelement vorgesehen, das dem Fahrer zwar nur Bedienelemente zum Hoch- oder Runterschalten der Gänge des Getriebes bereitstellt, dessen Betätigung aber letztendlich auch das dazu notwendige Ansteuern der Kupplung veranlasst. In diesem Fall ist für den Fahrer kein Bedienelement, beispielsweise entsprechend dem Kupplungspedal, zum bloßen Betätigen der Kupplung vorgesehen.
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Bei manchen Ausgestaltungen ist das Steuerelement als Steuergerät realisiert, wobei das Steuergerät das Stellelement ansteuert. Bei einigen dieser Ausgestaltungen wird das Schalten des Getriebes und das dazu notwendige Kuppeln ohne Zutun des Fahrers durch das Steuergerät gesteuert, beispielsweise bei automatischen Schaltgetrieben.
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Insgesamt ist also allen Ausgestaltungen gemein, dass das Kupplungselement vom Stellelement zum Öffnen und Schließen der Kupplung bewegt wird, und zwar in einem Bereich zwischen zwei Endpositionen, zwischen denen dann der Kupplungsgreifpunkt liegt. Dabei wird das Stellelement durch das Steuerelement angesteuert.
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Die Genauigkeit der Bestimmung des Kupplungsgreifpunktes wird verbessert, indem bei manchen Ausgestaltungen der Kupplungsgreifpunkt anhand eines Temperaturmodells und/oder eines Alterungsmodells der Kupplung und/oder der Betätigungsvorrichtung abgeleitet wird. Solche Modelle erlauben es, sich überlagernde Einflüsse und Wechselwirkungen einzelner Baugruppen oder Bauelemente der Kupplung und/oder der Betätigungsvorrichtung individuell zu berücksichtigen. So werden bei einigen dieser Ausgestaltungen wenigstens eine Temperatur gemessen und anhand des Temperaturmodells ein Temperaturverlauf in der Kupplung und/oder in der Betätigungsvorrichtung und die sich daraus ergebenden thermische Einflüsse auf den Kupplungsgreifpunkt abgeleitet. Bei einigen der Ausgestaltungen wird anhand einfach zu ermittelnder Größen, beispielsweise der Anzahl der Kupplungsvorgänge, der Fahrleistung des Kraftfahrzeugs und/oder der beim Kuppeln aufgetretenen Temperaturen, eine Alterung (z. B. aufgrund von Verschleiß und/oder Materialermüdung) bestimmt und deren Einfluss auf die Lage des Greifpunkts berücksichtigt.
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Um den Kupplungsgreifpunkt möglichst genau zu bestimmen, ist eine möglichst genaue Positionsbestimmung mit dem Positionssensor hilfreich. Bei manchen Ausgestaltungen ist daher der Positionssensor als (analoges) Potenziometer ausgebildet, welches aufgrund des stetigen Zusammenhangs zwischen Widerstandswert und Potenziometerstellung eine kontinuierliche Positionsmessung mit hoher Auflösung ermöglicht.
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Bei manchen Ausgestaltungen ist der Positionssensor als Drehwinkelsensor ausgebildet. Solche Sensoren erfassen, beispielsweise direkt auf einer Drehachse angeordnet, bei kleiner Bauform einen großen Bewegungsbereich.
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Alternativ oder zusätzlich zum analogen Positionssensor ist bei manchen Ausgestaltungen ein digitaler Positionssensor vorgesehen, der dementsprechend eine quasi-stetige Positionsbestimmung erlaubt. So lässt sich ein handelsüblicher Inkrementalgeber, z. B. optischer Bauart, oder Wegaufnehmer, z. B. induktiver oder kapazitiver Bauart, einsetzen.
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Im Übrigen ist der Begriff Positionssensor in diesem Dokument so zu verstehen, dass mit einem solchen Sensor wenigstens zwei Positionen der Bewegung der Betätigungsvorrichtung erfassbar sind. Hierzu ist bei manchen Ausgestaltungen der Positionssensor als ein einzelnes Bauelement zur Erfassung einer entsprechenden Vielzahl Positionen ausgebildet. Bei anderen Ausgestaltungen umfasst der Positionssensor eine geeignete Vielzahl baulich eigenständiger Sensorelemente, die beispielsweise jeweils zur Erfassung einer einzigen oder auch mehrerer Position ausgebildet sind.
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Je nach Bauart der Kupplung und der Betätigungsvorrichtung ist bei üblichen Betriebsbedingungen (z. B. bezüglich Temperatur und Alterung) der Kupplungsgreifpunkt innerhalb eines spezifischen Schwankungsbereichs anzutreffen. Bei manchen Ausgestaltungen sind innerhalb des Schwankungsbereichs in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt wenigstens 2, 3, 5, 7, 10, 15 oder 30 messbare, unterschiedliche Positionen des Positionssensors vorgesehen. Bei manchen Ausgestaltungen sind auch außerhalb des Schwankungsbereichs messbare Positionen vorgesehen, etwa um außergewöhnlich große Verschiebungen des Kupplungsgreifpunkts, beispielsweise im Störungsfall, zu erkennen. Bei manchen Ausgestaltungen ist die Erfassung einer oder auch beider Endpositionen der Betätigungsvorrichtung durch den Positionssensor vorgesehen. In diesem Fall erfüllt der Positionssensor die Funktion eines bzw. zweier Endschalter.
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Bezüglich einer Anordnung des Positionssensors sind verschiedene Variationen denkbar.
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Um unmittelbar das Verhalten des Fahrers und/oder auch des gesamten Kupplungssystems, also von dem Steuerelement über das Stellelement bis hin zum Kupplungselement, zu erfassen, ist bei manchen Ausgestaltungen der Positionssensor an dem Steuerelement der Betätigungsvorrichtung, beispielsweise dem Kupplungspedal, angeordnet. Beim Kupplungspedal, das als ein um eine Drehachse schwenkbarer Hebelarm ausgebildet ist, lässt sich die Pedalstellung mit einem Drehwinkelsensor unmittelbar an der Drehachse bestimmen.
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Bei manchen Ausgestaltungen ist der Positionssensor im Bereich des Stellelements angeordnet und erfasst dort die Position der Bewegung des Stellelements. Auf diese Weise werden Störeinflüsse die von dem Steuerelement ausgehen oder von dessen Verbindung mit dem Stellelement, beispielsweise die Dehnung des Seilzugs, bei der Positionsbestimmung ausgeblendet.
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Bei manchen Ausgestaltungen ist der Positionssensor im unmittelbaren Bereich des Kupplungselements angeordnet. Hierbei ist vorgesehen, dass die Bewegung des Kupplungselements unmittelbar am Übergang zum Stellelement erfasst wird, beispielsweise die axiale Position der Rückseite der Kupplungsscheibe, also die der Reibfläche entgegengesetzten Seite der axial verschiebbaren Kupplungsscheibe. So wird die Auswirkung des (aktuellen) Zustands (aufgrund Temperatur und Verschleiß) des Kupplungselements auf den Kupplungsgreifpunkt separat berücksichtigt.
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Im Übrigen sind bei manchen Ausgestaltungen wenigstens zwei Positionssensoren, beispielsweise am Steuerelement und am Stellelement, vorgesehen, um detailliertere Informationen über das Kupplungssystem zu gewinnen, beispielsweise über den Verschleiß. Es sind also insbesondere auch Kombinationen der genannten Variationen möglich.
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In unterschiedlichen Bereichen der Kupplung, beziehungsweise des gesamten Kupplungssystems, können deutlich verschiedene Temperaturen auftreten und zwar in zeitlicher wie auch in räumlicher Hinsicht. So können im Bereich der Kupplungselemente sowohl durch die bauliche Nähe zum Verbrennungsmotor als auch durch Reibungswärme beim Kuppeln sehr hohe Temperaturen auftreten. Auch entlang der Betätigungsvorrichtung treten unterschiedliche Temperaturen auf, beispielsweise wenn sich diese im Fall eines mechanischen Kupplungssystems von der Kupplungsscheibe innerhalb eines Kupplungsgehäuses, über einen Seilzug durch einen Motorraum hindurch bis hin zu dem Kupplungspedal innerhalb eines Fahrgastraumes erstreckt.
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Dementsprechend wird bei manchen Ausgestaltungen die Temperatur der Umgebungsluft der Betätigungsvorrichtung, beispielsweise die Temperatur im Motorraum, und/oder die Temperatur des Kupplungsgehäuses gemessen. Bei manchen Ausgestaltungen wird unmittelbar die Temperatur des Bewegungsmechanismus, insbesondere des Stellelements, gemessen. Im Übrigen ist bei manchen Ausgestaltungen vorgesehen, wenigstens zwei Temperaturen bei oder an unterschiedlichen Abschnitten des Bewegungsmechanismus zu messen.
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Die wenigstens eine frühere Messung des Kupplungsgreifpunkts wird bei manchen Ausgestaltungen aus dem Beginn und/oder dem Ende des Reibschlusses der Kupplungselemente beim Schließen beziehungsweise Öffnen der Kupplung durchgeführt, und zwar bei einem früheren Kupplungsvorgang. Hierzu wird bei einigen dieser Ausgestaltungen die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors, eine Getriebedrehzahl, die Drehzahl eines Antriebsrades des Kraftfahrzeugs, die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs gemessen und daraus der Greifpunkt bestimmt. Hierbei wird ausgenutzt dass sich mit dem Kupplungszustand (am Kupplungsgreifpunkt) auch die Drehmomentübertragung zwischen Motor und Getriebe ändert, und zwar mit Auswirkungen auf zahlreiche Komponenten des Kraftfahrzeugs. Somit wird der (frühere) Kupplungsgreifpunkt indirekt über andere Messgrößen des Antriebssystems ermittelt, die meist ohnehin von einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs erfasst werden.
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Bei manchen Ausgestaltungen werden wenigstens zwei frühere Messungen des Kupplungsgreifpunkts verwendet, wobei ein Mittelwert der jeweiligen Informationen über den Greifpunkt gebildet wird, um Messfehler zu reduzieren.
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Bei manchen Ausgestaltungen werden wenigstens zwei frühere Messungen des Kupplungsgreifpunkts bei unterschiedlichen Temperaturen verwendet, wobei sich aus dieser Information eine Abhängigkeit des Greifpunkts von der Temperatur abgeleiten lässt.
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Die Start-Stopp-Einrichtung ist bei manchen Ausgestaltungen selbstlernend realisiert, indem sie beispielsweise das Temperatur- und/oder Alterungsmodell anhand selbsttätig gemessener Informationen anpasst. Dementsprechend wird bei einigen dieser Ausgestaltungen fortwährend während der Lebensdauer der Kupplung, beispielsweise in vorgegebenen zeitlichen Abständen oder nach jeweils einer gewissen Anzahl von Kupplungsvorgängen, eine Messung des Kupplungsgreifpunkts, wie zuvor erläutert, durchgeführt.
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Wie zuvor genannt, wird der Zustand der Kupplung als eine Bedingung zum Starten und/oder Stoppen des Verbrennungsmotors ausgewertet. Bei manchen Ausgestaltungen wird aus dem Kupplungsgreifpunkt ein Freigabesignal zum Stoppen des Motors abgeleitet, sofern die Kupplung zuvor geöffnet war. In diesem Fall liefert der Kupplungsgreifpunkt also die Information, dass die Kupplung nach dessen Passieren geschlossen ist. Bei manchen Ausgestaltungen wird aus dem Kupplungsgreifpunkt ein Freigabesignal zum Starten des Motors abgeleitet, sofern die Kupplung zuvor geschlossen war. In diesem Fall liefert der Kupplungsgreifpunkt die Information, dass die Kupplung nach dessen Passieren geöffnet ist. Das Freigabesignal ist hier als ein Signal für das Eintreten der zum Starten und/oder Stoppen notwendigen Bedingung bezüglich des Zustands der Kupplung zu verstehen. Darüber hinaus müssen gegebenenfalls noch weitere Bedingungen zum Starten und/oder Stoppen erfüllt sein (s. o.), die hier jedoch nicht näher erläutert werden. Bei einigen dieser Ausgestaltungen, wird das Freigabesignal bezüglich des Signals des Positionssensors verzögert abgegeben, beispielsweise bei einem diskreten Sensor um 2, 5 oder 10 Positionen versetzt. So lässt sich sicherstellen, dass der Kraftschluss der Kupplung vollständig hergestellt oder gelöst ist.
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Im Übrigen ist bei manchen Ausgestaltungen die Start-Stopp-Einrichtung steuerungsmäßig als eigenständiges Steuergerät realisiert oder in einem einzelnen vorhandenen Steuergerät des Kraftfahrzeugs, beispielsweise in einem Motorsteuergerät, integriert. Bei alternativen Ausgestaltungen ist die Start-Stopp-Einrichtung steuerungsmäßig auf mehrere Steuergeräte des Kraftfahrzeugs funktional verteilt. Bei manchen Ausgestaltungen umfasst die Start-Stopp-Einrichtungen einen Mikrocomputer mit einem Datenspeicher, wobei der Datenspeicher zur Speicherung der wenigstens einen früheren Bestimmung des Greifpunkts vorgesehen ist. Bei einigen dieser Ausgestaltungen ist der Datenspeicher auch zur Speicherung des Temperaturmodells und/oder des Alterungsmodells der Kupplung vorgesehen.
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Ausführungsbeispiele der Start-Stopp-Einrichtung sowie des Verfahrens zu deren Betreiben werden anhand der folgenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Start-Stopp-Einrichtung, wobei eine Kupplung über ein Kupplungspedal hydraulisch betätigt wird,
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2 eine schematische Ansicht einer Start-Stopp-Einrichtung, wobei die Kupplung über einen Bowdenzug betätigt wird,
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3 eine schematische Ansicht einer Start-Stopp-Einrichtung, wobei die Kupplung über ein elektromechanisches Stellelement betätigt wird,
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4 eine schematische Ansicht einer Start-Stopp-Einrichtung, wobei die Kupplung automatisch durch ein Steuergerät angesteuert wird und
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5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben der Start-Stopp-Einrichtung.
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Zum besseren Verständnis der Unterschiede der Ausführungsbeispiele werden zunächst die gemeinsamen Merkmale erläutert, wobei auf alle Figuren Bezug genommen wird.
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Die Start-Stopp-Einrichtung
30 eines Verbrennungsmotors
1 eines Kraftfahrzeug ist vorgesehen, um den Verbrennungsmotor
1 unter gewissen Bedingungen automatisch auszuschalten und/oder wiederzustarten, etwa um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Hierzu werden gemäß
5 in
51 verschiedene Bedingungen zum Starten und/oder Stoppen des Motors
1 geprüft, und zwar gemäß
57 der Schaltzustand der Kupplung
3 (d. h. ob die Kupplung
3 geschlossen oder geöffnet ist) sowie weitere Bedingungen gemäß
54, die beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Fahrzeugbeschleunigung, die Motortemperatur, die Motordrehzahl, die Stellung des Schaltgetriebes
5 und/oder die Drehzahl wenigstens eines Rades
7 berücksichtigen. Solche Bedingungen sind beispielsweise in der Druckschrift
DE 4412438 C1 erläutert. Insgesamt gilt es mittels der Bedingungen das Zusammenspiel der unterschiedlichen Fahrzeugkomponenten unter Berücksichtigung der jeweiligen Fahrsituation zu beachten. Auch gilt es, das Verfahren zum Betreiben der Start-Stopp-Einrichtung
30 insbesondere hinsichtlich Kraftstoffverbrauch, Verschleiß sowie Fahrsicherheit- und Komfort zu optimieren. Sind gemäß
51 alle Bedingungen erfüllt, darf der Motor
1 in
52 gestartet und/oder gestoppt werden. Andernfalls muss der jeweilige Betriebsstatus des Motors
1 in
53 (vorerst) beibehalten werden.
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Es wird gezeigt werden, dass der Motor 1 dank der Bestimmung des Kupplungsgreifpunkts (in 5 als „KGP” abgekürzt) besonders frühzeitig gestartet und/oder gestoppt werden kann. Doch wird zunächst das Kupplungssystem beschrieben, bevor die Bestimmung des Kupplungsgreifpunkts detaillierter behandelt wird.
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Gemäß 1–4 umfasst das Kupplungssystem die Betätigungsvorrichtung 10 und die Kupplung 3. Dabei weisen die Kupplung 3 zwei Kupplungsscheiben 8, 9 und die Betätigungsvorrichtung 10 das Steuerelement 12 und das Stellelement 13, 25, 26, 27 (die beide später zu den 1–4 erläutert werden) auf. Die Kupplungsscheiben 8, 9 sind konzentrisch angeordnet und bei geöffnetem Zustand der Kupplung axial beabstandet, und zwar mit jeweils einer Reibfläche auf den einander zugewandten Seiten. Die Kupplungsscheibe 9 ist über eine Welle 2 mit dem Motor 1 und die Kupplungsscheibe 8 über eine Welle 3 mit dem Schaltgetriebe 5 gekoppelt. Dementsprechend lassen sich Motor 1 und Getriebe 5 (und auch das Rad 7 bei eingelegtem Gang über eine Welle 6) durch Schließen bzw. Öffnen der Kupplung 3 miteinander koppeln bzw. voneinander entkoppeln.
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Die Kupplung 3 wird mittels einer Bewegung der Betätigungsvorrichtung 10 geöffnet und geschlossen, indem das Stellelement 13, 25, 26, 27 die Kupplungsscheibe 8 mit einer Kraft beaufschlagt, wobei das Stellelement 13, 25, 26, 27 selbst vom Steuerelement 12 angesteuert wird. Das Stellelement 13, 25, 26, 27 verschiebt also die Kupplungsscheibe 8 axial so, dass sie mit der Kupplungsscheibe 9 durch gegenseitigen Kraftschluss (Reibschluss) eine Drehmomentübertragung herstellt beziehungsweise unterbricht. Dabei ist der Kupplungsgreifpunkt diejenige Position (streng genommen ein kleiner Wegbereich) bei der Bewegung, bei der zwar durch Reibung ein gewisses Drehmoment zwischen den Kupplungsscheiben 8, 9 übertragen wird, jedoch ein Schlupf zwischen ihnen auftritt.
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Bei den in 1–4 gezeigten Ausführungsbeispielen der Start-Stopp-Einrichtung 30 wird der Kupplungsgreifpunkt unter Bezugnahme auf Positionen der Bewegung der Betätigungseinrichtung 10 behandelt, also von einem Steuergerät 20 in Positionswerten der Betätigungseinrichtung 10 ausgedrückt.
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Zum Starten beziehungsweise Stoppen des Motors 1 in 52 sind jeweils unterschiedliche Bedingungen erforderlich: In 57 wird also je nach Fahrsituation die jeweils erforderliche Bedingung bezüglich des Schaltzustands der Kupplung 3 bearbeitet. Beispielsweise wird zum Stoppen des Motors 1 gemäß 52 als eine Bedingung in 57 gefordert, dass die Kupplung 3 geschlossen wird, oder (als weitere Bedingung in 57) zum Starten des Motors 1 gemäß 52, dass die Kupplung 3 geöffnet wird.
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Hierzu wird in 55 fortlaufend der Kupplungsgreifpunkt bestimmt. Wird der Kupplungsgreifpunkt in 55 festgestellt und war zuvor die Kupplung 3 geöffnet, so wird in 57 die Bedingung, dass die Kupplung 3 geschlossen ist, als wahr bestimmt. Dementsprechend wird in 57 die Bedingung, dass die Kupplung 3 geöffnet ist, als wahr bestimmt, falls der Kupplungsgreifpunkt in 55 festgestellt wird und zuvor die Kupplung 3 geschlossen war. Tritt in 57 die (jeweilige) Bedingung ein, wird diese Information als ein Freigabesignal gemäß 58 bereitgestellt und wird in 51 neben den weiteren Bedingungen gemäß 54 entsprechend berücksichtigt.
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In 55 wird der Kupplungsgreifpunkt bestimmt: In 60 wird die Position der Bewegungsvorrichtung 10 mittels eines Signals des Positionssensors 17 gemessen. Daneben wird in 61 mit dem Temperatursensor 18 (siehe unten) eine Temperatur gemessen, die den Kupplungsgreifpunkt beeinflusst, sowie in 62 eine frühere Messung des Kupplungsgreifpunkts aus einem Speicher 22 abgerufen. Außerdem wird in 63 das Kupplungsalter, das bei den gezeigten Ausführungsbeispielen neben dem Gesamtfahrleistung des Kraftfahrzeugs auch die Anzahl der bisherigen Kupplungsvorgänge umfasst, sowie in 64 ein Alterungsmodell und ein Temperaturmodell des Kupplungssystems aus dem Speicher 22 abgerufen. Ausgehend von der früheren Messung des Kupplungsgreifpunkts wird unter Berücksichtigung des Temperatur- und Alterungsmodells für die (aktuell) gemessene Temperatur und das (aktuelle) Alter der Kupplungsgreifpunkt für die (aktuelle) Position der Bewegungsvorrichtung 10 bestimmt. Als Ergebnis liefert 55 also für die (aktuellen) Position der Bewegungsvorrichtung 10 die Information, ob der Kupplungsgreifpunkt bei dieser Position liegt oder nicht.
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Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird stattdessen aus 61–64 die absolute Lage des Kupplungsgreifpunkts bestimmt und in der Form eines dieser Lage entsprechenden Positionssignals des Positionssensors 17 bereitgestellt. In diesem Fall wird der Zustand der Kupplung 3, beispielsweise durch Vergleich, aus dem (aktuellen) Signal des Positionssensors 17 und der (zuvor bestimmten) Position des Kupplungsgreifpunkts abgeleitet.
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Das Steuergerät 20 umfasst einen Mikrocontroller 21 und den Speicher 22. Es übernimmt beispielsweise auch die Funktion eines Motorsteuergeräts. Im Speicher 22 sind also zumindest das Kupplungsalter sowie das Temperatur- und Alterungsmodell gespeichert. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ist im Unterschied zu weiteren, nicht gezeigten Beispielen anstatt nur einer einzelnen früheren Messung des Kupplungsgreifpunkts eine Tabelle mit mehreren Datenvektoren im Speicher 22 gespeichert, wobei jeder Datenvektor zumindest die Information einer früheren Messung des Kupplungsgreifpunkts sowie die dabei gemessene Temperatur umfasst. So stehen Informationen über eine Vielzahl zuvor gemessener Kupplungsgreifpunkte zur Verfügung, sodass einerseits durch Mittelwertbildung die Genauigkeit verbessert wird und andererseits mehrere Temperaturinformationen für eine Optimierung des Temperaturmodells verwendet werden.
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Bei der früheren Messung des Kupplungsgreifpunkts wird der tatsächliche Greifpunkt bei einem früheren Kupplungsvorgang 65 gemessen. Hierzu wird bei fahrendem Kraftfahrzeug mit laufendem Motor 1 gemäß 66 die Drehzahl des Antriebsrads 7 mittels eines Drehzahlsensors 23 während der Bewegung der Betätigungsvorrichtung 10 gemessen und unter Berücksichtigung des zu diesem Zeitpunkt gewählten Getriebegangs mit der Motordrehzahl verglichen. Da beim Kupplungsgreifpunkt (bei eingelegtem Gang) letztendlich die Kopplung zwischen Motor 1 und Rad 7 hergestellt bzw. gelöst wird, sind diese beiden Drehzahl praktisch noch nicht bzw. nicht mehr synchron. Dementsprechend lässt sich der Kupplungsgreifpunkt unmittelbar an der Änderung 67 der Differenz beider Drehzahlen ablesen. Anschließend wird in 68 die so bestimmte Information über den Kupplungsgreifpunkt im Speicher 22 als Datenvektor gespeichert, nämlich die bei der Änderung 67 mit dem Positionssensor 18 gemessene Position der Betätigungsvorrichtung 10 sowie die dabei gemessene Temperatur (die den Kupplungsgreifpunkt beeinflusst).
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Bei der Start-Stopp-Einrichtung 30 gemäß 1 wird die Kupplung 3 hydraulisch betätigt. Hierzu ist als Steuerelement 12 ein Kupplungspedal 14 mit einem ersten Hydraulikzylinder 15 verbunden, und zwar zur Erzeugung eines Drucks in einem Fluid in einer Hydraulikleitung 16. Durch Treten des Pedals 14 wird so ein Kolben eines zweiten, mit der Hydraulikleitung 16 verbundenen Hydraulikzylinders 13 (Stellelement) bewegt. Hierbei ist der Hydraulikzylinder 13 derart angeordnet, dass er die Kupplungsscheibe 8 wie zuvor erläutert zum Öffnen und Schließen der Kupplung 3 in axialer Richtung bewegt. In diesem Fall umfasst die Betätigungsvorrichtung 10 also zumindest das Pedal 14 mit dem Hydraulikzylinder 15 sowie den Hydraulikzylinder 13.
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Außerdem ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Drehwinkelsensor 17 in Bauform eines (analogen) Potenziometers auf einer Drehachse des Pedals 14 angeordnet. Mittels des Potenziometers 17 lässt sich die Bewegung des Pedals 14, also auch die Bewegung der gesamten Betätigungsvorrichtung 10, stetig (also mit hoher Auflösung) erfassen. Hierzu ist das Steuergerät 20 über eine Signalleitung 24 mit dem Potenziometer 17 verbunden. Im Übrigen sind für eine einfachere Darstellung alle Steuer- und Signalleitungen mit 24 bezeichnet und werden nachfolgend nicht explizit erläutert. Der Kupplungsgreifpunkt wird bei diesem Ausführungsbeispiel somit bezogen auf die Potenziometerstellung bestimmt.
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Da der zweite Hydraulikzylinder 13 bei diesem Beispiel im Motorraum 19 im Bereich der Kupplung 3 angeordnet ist, ist er großen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Dies führt zu Verschiebungen des Kupplungsgreifpunkts im Verhältnis zur Pedalstellung, also dem Potenziometersignal, da sich einerseits das Hydraulikfluid und andererseits der Kolben temperaturabhängig ausdehnen. Für eine genauere Bestimmung des Kupplungsgreifpunkts ist deshalb der Temperatursensor 18 am Hydraulikzylinder 13 angeordnet, um dort unmittelbar die Temperatur der Betätigungsvorrichtung 10 zu messen. Diese Temperatur wird dann, wie zuvor erläutert, bei der Bestimmung des Kupplungsgreifpunkts berücksichtigt. Außerdem wirkt sich natürlich auch der Verschleiß der Kupplungsscheibe 8 auf den Greifpunkt aus. Dies wird jedoch wie zuvor erläutert durch das Alterungsmodell und die frühere Bestimmung des Greifpunkts berücksichtigt.
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Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten im Wesentlichen in der Betätigungsvorrichtung 10. Gemäß 2 ist das Kupplungspedal 14 über einen Bowdenzug 25 mit einem Hebelarm 26 verbunden, wobei der Hebelarm 26 als Stellelement für die Kupplungsscheibe 8 vorgesehen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wirken sich besonders die Temperaturschwankungen im Motorraum 19 auf den Bowdenzug 25 aus (aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten von Mantel und Seele des Bowdenzugs). In diesem Fall ist der Temperatursensor 18 für eine einfachere Installation vom Bowdenzug 25 beabstandet in der Nähe der Kupplung 3 im Motorraum 19 angeordnet, um die Temperatur des Motorraums 19 zu messen.
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Im Unterschied zu den beiden in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen ist bei der Start-Stopp-Einrichtung 30 gemäß 3 keine mechanische Verbindung zwischen dem Kupplungspedal 14 und der der Kupplung 3 vorgesehen. Stattdessen wird die Pedalstellung elektronisch durch das Steuergerät 20 erfasst, und zwar mittels eines Drehimpulsgebers 17 auf der Drehachse des Pedals 14, der in der Bauform eines optischen Inkrementalgebers ausgeführt ist. Der Drehimpulsgeber liefert eine diskrete, quasi-kontinuierliche Positionsinformation, wobei die Auflösung so gewählt ist, dass in dem zu erwartenden Schwankungsbereich des Kupplungsgreifpunkts wenigstens zehn unterschiedliche Positionen messbar sind. Das Steuergerät 20 steuert dann entsprechend dem momentan erfassten Positionssignal ein elektromechanisches Stellelement 27 an, um die Kupplungsscheibe 8 entsprechend der Pedalbewegung zu bewegen. Dementsprechend ist, wie durch die gepunktete Linie verdeutlicht, das Steuergerät 20 der Betätigungsvorrichtung 10 zugeordnet.
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Bei der Start-Stopp-Einrichtung 30 gemäß 4 ist im Unterschied zu 3 für den Fahrer für eine erste Betriebsart eine Schaltwippe 29 (in Bauform zweier elektronischer Taster) zum Schalten des Schaltgetriebe 5 vorgesehen, also um die Gänge schrittweise hoch- bzw. runterzuschalten. Bei einer alternativen Betriebsart wird auch ohne Zutun des Fahrers das Getriebe 5 durch das Steuergerät 22 automatisch geschaltet. Da das Getriebe 5 als Schaltgetriebe ausgeführt ist, ist für einen Gangwechsel jedoch ein Kupplungsvorgang nötig, und zwar unabhängig von den beiden genannten Betriebsarten. Hierzu wird die Kupplung 3 (bei beiden Betriebsarten) durch das Steuergerät 20 automatisch angesteuert, und zwar über das elektromechanische Stellelement 27. (Bei einem alternativen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird stattdessen ein hydraulisches Stellelement 13 verwendet.) Der Positionssensor 17 ist als linearer Wegsensor ausgebildet und unmittelbar an der Verbindung zwischen dem Stellelement 27 und der Kupplungsscheibe 8 angeordnet. Hierdurch wird praktisch die Position der Rückseite der Kupplungsscheibe 8 erfasst, sodass im Wesentlichen alle Einflüsse auf oder durch die Bewegungsvorrichtung 10, die zu einer Verschiebung des Kupplungsgreifpunkts führen, erfasst werden. Da das Stellelement 22 im Wesentlichen an und im Kupplungsgehäuse angeordnet ist, wird mit dem Temperatursensor 18 die Temperatur des Kupplungsgehäuses gemessen, die das Stellelement maßgeblich beeinflusst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4412438 C1 [0003, 0047]
