DE102012209386A1 - Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs in einem Kraftfahrzeug, der einen Verbrennungsmotor und Mittel zur steuerbaren Kopplung des Verbrennungsmotors mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs aufweist, wobei der Verbrennungsmotor grundsätzlich bei Vorliegen vorbestimmter Betriebsbedingungen bei fahrendem Kraftfahrzeug von den Antriebsrädern abgekoppelt wird, um eine antriebsloses Fahren zu erlauben. Weiter wird die Motordrehzahl auf eine vorgegebene Soll-Leerlaufdrehzahl eingestellt. Die Erfindung sieht nun vor, dass die Soll-Leerlaufdrehzahl situationsabhängig variabel vorgegeben wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei den heute erhältlichen Hybridfahrzeugen wird zumindest teilweise der Verbrennungsmotor bei bestimmten Betriebsbedingungen bei fahrendem Fahrzeug ausgeschaltet und das Fahrzeug lediglich mit einem Elektromotor angetrieben. Diese bei Hybridfahrzeugen bekannten Betriebsart Segeln mit ausgeschaltetem Verbrennungsmotor soll zukünftig auch bei konventionellen Fahrzeugen ohne elektrischen Hybridantrieb zum Einsatz kommen.
  • So ist bereits aus der WO 02/094601 ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeug in einem Segelmodus bekannt, bei dem in Schiebebetriebsphasen, bei denen weder das Gaspedal noch das Bremspedal betätigt wird, der Verbrennungsmotor von den Antriebsrädern abgekoppelt wird. Hierbei fällt die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors auf eine Leerlaufdrehzahl ab. Dadurch werden die Schleppmomente reduziert, wodurch Kraftstoffeinsparungen zu erwarten sind.
  • Durch die Trennung des Verbrennungsmotors vom Antriebsstrang bzw. von den Antriebsrädern und das Zurückfallen der Motordrehzahl auf die definierte Leerlaufdrehzahl kann es zu Unterdeckungen im elektrischen Energiebordnetz kommen, da die elektrische Energieerzeugung bei konventionellen Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor vorwiegend durch riemengetriebene Generatoren erfolgt. Diese Generatoren liefern mit steigender Drehzahl des Verbrennungsmotors mehr Strom. Geringe Drehzahlen – wie hier im Leerlaufsegelbetrieb – können zu einer sog. Unterdeckung im Bordnetz führen, da eine Unterdeckung bereits dann gegeben ist, wenn die vor dem Segelbetrieb erzeugte elektrische Leistung größer ist als die im Leerlaufsegelbetrieb erzeugte elektrische Leistung. Je nach Höhe der Unterdeckung, sowie Dauer und Häufigkeit kann dies zu einem erhöhten Batterieverschleiß sowie zu einer Verschlechterung der Ladebilanz führen.
  • Aus der gattungsbildenden DE 10 2009 057 551 A1 ist bereits ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug bekannt, wobei der Verbrennungsmotor bei Vorliegen vorbestimmter Betriebsbedingungen bei fahrendem Fahrzeug von den Antriebsrändern abgekoppelt wird, also in einem Segelbetrieb übergegangen wird. Weiter offenbart die genannte Schrift, dass ein Segelbetrieb nur dann eingestellt wird, wenn keine zu geringe Ladung eines elektrischen Energiespeichers vorliegt.
  • Aufgabe der Erfindung ist nun, ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs in einem Segelbetrieb unter Berücksichtigung der Bereitstellung ausreichender elektrischer Energie anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs in einem Kraftfahrzeug, der einen Verbrennungsmotor und Mittel zur steuerbaren Kopplung des Verbrennungsmotors mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs aufweist, ist in bekannter Weise derart ausgestaltet, dass der Verbrennungsmotor bei Vorliegen vorbestimmter Betriebsbedingungen bei fahrendem Kraftfahrzeug von den Antriebsrädern abgekoppelt wird, um eine antriebsloses Fahren zu erlauben. Bei den vorbekannten Betriebsbedingungen kann es sich um einen Schiebetrieb des Kraftfahrzeugs handeln, bei dem weder das Gaspedal, noch das Bremspedal betätigt ist. Als weitere Einschränkung kann ein Abkoppeln nur dann eingeleitet werden, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs innerhalb eines vorgegebenen Geschwindigkeitsfensters liegt. Zeitgleich mit dem Abkoppeln der Antriebsräder bzw. nach dem Abkoppeln der Antriebsräder wird der Verbrennungsmotor derart angesteuert, dass die Motordrehzahl auf eine vorgegebene Soll-Leerlaufdrehzahl abfällt.
  • Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, dass ausreichend elektrische Energie nur durch eine entsprechende Motordrehzahl des Verbrennungsmotors bereitgestellt werden kann und somit eine bedarfsgerechte Drehzahl des Verbrennungsmotors im abgekoppelten Betrieb einzustellen ist.
  • Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Soll-Leerlaufdrehzahl situationsabhängig variabel vorgegeben bzw. beeinflusst wird, d. h. die Motordrehzahl wird nach dem Abkoppeln nicht auf eine unabhängig von verschiedenen Einflussfaktoren stets identisch vorgegebene Leerlaufdrehzahl eingestellt, sondern vielmehr können durch die Variabilität verschiedene Anforderungen bzw. Betriebsbedingungen berücksichtigt werden.
  • Vorteilhafterweise wird dabei die Soll-Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand eines zur Stromerzeugung mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Generator bei noch angekoppeltem Antriebsstrang ermittelt, um so eine beim Abkoppeln der Antriebsräder sich einstellende Unterdeckung verhindern bzw. dieser entgegenwirken zu können. Da das Generatorstromangebot von der Generatortemperatur, der Generatordrehzahl und des Generatortyps abhängig ist, wird die Soll-Leerlaufdrehzahl vorteilhafterweise in Abhängigkeit vom aktuell erzeugten Strom des Generators und/oder der Generatortemperatur bei noch angekoppeltem Antriebsstrang und/oder vom Generatortyp ermittelt. Insbesondere kann zur Berechnung der Soll-Leerlaufdrehzahl für den Segelbetrieb die jeweilige Generatorkennlinie herangezogen werden, d. h. die Soll-Leerlaufdrehzahl wird aus der typspezifischen und temperaturspezifischen Generatorkennlinie ermittelt, wobei der aktuelle Strom als Eingangsgröße verwendet und die dafür benötigte Motordrehzahl bestimmt wird.
  • Je nach Höhe der ermittelten Soll-Leerlaufdrehzahl wird nun ein Segelbetrieb eingestellt oder nicht. So wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bei Vorliegen der vorbestimmten Betriebsbedingungen die Soll-Leerlaufdrehzahl ermittelt und der Verbrennungsmotor von den Antriebsrändern abgekoppelt und die Motordrehzahl auf die ermittelte Sollleerlaufdrehzahl eingestellt, wenn die ermittelte Soll-Leerlaufdrehzahl innerhalb eines vorgegebenen (bedatbaren) Leerlaufdrehzahlfensters liegt oder die ermittelte Soll-Leerlaufdrehzahl kleiner als eine vorgegebenen Leerlaufdrehzahlschwelle ist. Das Einstellen der Soll-Leerlaufdrehzahl bzw. einer aus der Soll-Leerlaufdrehzahl bestimmten zulässigen Drehzahl aufgrund Clusterung erfolgt dabei mittels eines (Leerlauf-)Drehzahlstellers bzw. Drehzahlreglers.
  • Liegt die ermittelte Soll-Leerlaufdrehzahl nicht innerhalb des vorgegebenen Leerlaufdrehzahlfensters oder ist die ermittelte Soll-Leerlaufdrehzahl nicht kleiner als eine vorgegebene Leerlaufdrehzahlschwelle, so ist das Einstellen des Segelbetriebs nicht sinnvoll, d. h. das Abkoppeln des Verbrennungsmotors von den Antriebsrädern wird durch Setzen eines sog. Segelverhinderers in der Steuerungseinheit verhindert. Wird jedoch erst während des Segelbetriebs eine Unterschreitung des Generatorstroms detektiert, so bleibt dies unberücksichtigt und der Segelbetrieb wird fortgesetzt.
  • Als zusätzliche Maßnahme kann mit bzw. nach dem Einleiten des Segelbetriebs, also mit bzw. nach dem Abkoppeln des Verbrennungsmotors von den Antriebsrädern auch noch eine Deaktivierung verschiedener elektrischer Energieverbraucher vorgenommen werden und/oder vorgegebene elektrische Energieverbraucher derart angesteuert oder geregelt werden, dass der Energieverbrauch reduziert wird. Somit kann eine mögliche Unterdeckung im Bordnetz ebenfalls positiv beeinflusst werden.
  • Die beigefügten Prinzipskizzen dienen der näheren Erläuterung der Erfindung. Dabei zeigt
  • 1 einen vereinfachten Aufbau eines Antriebsstrangs mit den weiteren notwendigen Komponenten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
  • 2 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Wie bereits erwähnt, zeigt die 1 den Aufbau eines Antriebsstrangs in einem konventionellen Kraftfahrzeug, der einen Verbrennungsmotor VM und Mittel M zur steuerbaren Kopplung des Verbrennungsmotors VM mit den Antriebsrädern R1 und R2 des Kraftfahrzeugs aufweist. Bei den Mitteln M zur steuerbaren Kopplung kann es sich beispielsweise um eine automatisierte Kupplung eines Automatik- oder automatisierten Getriebes handeln. Weiter ist mit dem Verbrennungsmotor VM ein riemengetriebener Generator G zur Stromerzeugung verbunden, der mit steigender Drehzahl des Verbrennungsmotors VM mehr Strom liefert.
  • Um den Verbrennungsmotor VM bei Vorliegen vorbestimmter Betriebsbedingungen von den Antriebsrädern R1 und R2 abkoppeln zu können, ist weiterhin ein Steuergerät SG vorhanden, welches zumindest Signale von einem Gaspedal GP, einem Bremspedal BP, dem Generator G und dem Verbrennungsmotor VM erhält und auswertet.
  • Soll ein Segelbetrieb, d. h. ein Abkoppeln des Verbrennungsmotors VM von den Antriebsrädern R1 und R2 und ein Einstellen der Motordrehzahl auf die ermittelte Soll-Leerlaufdrehzahl vorgenommen werden, sendet das Steuergerät entsprechende Signale an die Mittel M zum Abkoppeln sowie an einem mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Leerlauf-Drehzahlsteller DZS.
  • Anhand der 2 wird nur eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, welches bspw. softwaretechnisch in einem entsprechenden Steuergerät, z. B. im Motorsteuergerät des Fahrzeugs implementiert sein kann.
  • Das Ablaufdiagramm startet mit Schritt 10, in dem kontinuierlich abgefragt wird, ob die vorbestimmten Bedingungen BED zum Einleiten eines sog. Segelbetriebs, bei dem der Verbrennungsmotor von den Antriebsrädern abgekoppelt wird bzw. werden soll, vorliegen. Hierbei kann es sich bspw. um folgende Einzelbedingungen handeln:
    • – Das Gaspedal ist (für ein vorgegebenes Zeitintervall) nicht betätigt
    • – Das Bremspedal ist (für ein vorgegebenes Zeitintervall) nicht betätigt
    • – Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs liegt innerhalb eines vorgegebenen Geschwindigkeitsfensters.
  • Liegen diese vorbestimmten Bedingungen BED vor, wird im nächsten Schritt 20 eine im abgekoppelten Zustand einzustellende Soll-Leerlaufdrehzahl SDZ aus der typspezifischen und temperaturspezifischen Generatorkennlinie des mit dem Verbrennungsmotors verbundenen Generators generiert. Dabei wird der aktuelle Strom des Generators als Eingangsgröße verwendet und die entsprechende Soll-Leerlaufdrehzahl SDZ ermittelt.
  • Im nächsten Schritt 30 wird festgestellt, ob die ermittelte Soll-Leerlaufdrehzahl SDZ unterhalb einer maximal zulässigen bedatbaren Leerlaufdrehzahlschwelle DZS liegt, wobei die Leerlaufdrehzahlschwelle DZS von Akustikanforderungen und Schwingungskomfortanforderungen abhängig ist. Die (auf der Soll-Leerlaufdrehzahl SDZ basierende) Mindestdrehzahl für den Segelbetrieb wird wiederum über benachbarte Regelsysteme eingestellt, und ist abhängig von der nominellen Drehzahl zum sicheren Motorlauf und/oder dem notwendigen Hydraulikdruck zur Aufrechterhaltung der Kupplungsbetätigung des relevanten Stellglieds.
  • Liegt die ermittelte Soll-Leerlaufdrehzahl SDZ nicht unterhalb der applizierbaren Leerlaufdrehzahlschwelle DZS, wird ein Segelverhinderer gesetzt, d. h. es wird nicht in den Segelbetrieb übergegangen. Die Antriebssteuerung wird also nicht verändert. Die Routine ist beendet und es wird wieder zum Anfang des Ablaufdiagramms zurückgesprungen.
  • Liegt jedoch die ermittelte Soll-Leerlaufdrehzahl SDZ innerhalb des bedatbaren Leerlauf-Drehzahlfensters (= j), wird zu Schritt 40 übergegangen und in den Segelbetrieb gewechselt. Dabei wird die zwischen dem Verbrennungsmotor und den Antriebsrädern angeordnete Kupplung K zum Abkoppeln der Antriebsräder geöffnet. Weiter wird die ermittelte Soll-Leerlaufdrehzahl SDZ an den Leerlauf-Drehzahlsteller zum Einstellen der Soll-Leerlaufdrehzahl SDZ übergeben. Hier kann entweder die ermittelte Soll-Leerlaufdrehzahl SDZ direkt eingestellt werden, oder auch eine Clusterung zulässiger Drehzahlen erfolgen. Werden bspw. 820 U/min als Soll-Leerlaufdrehzahl gefordert, sind jedoch aus Schwingungsgründen nur 850 U/min zulässig, so werden diese 850 U/min eingestellt. Diese Clusterung kann auch noch im Steuergerät vor der Übergabe an den Leerlauf-Drehzahlsteller erfolgen.
  • Nach dem Einstellen des Segelbetriebs wird zum Schritt 50 übergegangen. Dort wird überwacht, ob Bedingungen vorliegen, die ein Verlassen des Segelbetriebs erfordern. In diesem Beispiel wird vereinfacht lediglich eine Betätigung des Gaspedals GP und Bremspedals BP ausgewertet. Wird eines der beiden Pedale GP oder BP betätigt, wird im Schritt 60 aus Komfortgründen die Drehzahl DZ des Verbrennungsmotors wieder angehoben und die Kupplung K geschlossen. Anschließend erfolgt wieder die herkömmliche Antriebssteuerung und es wird zu Schritt 10 zurückgekehrt.
  • Hier nicht dargestellt, aber auch denkbar, wäre zusätzlich noch ein Deaktivieren besonders leistungshungriger Energieverbraucher, wie z. B. der Sitzheizung und/oder bestimmter Funktionen der Heiz-Klimaanlage während des Segelbetriebs.
  • Da durch das erfindungsgemäße Verfahren kritischen Zuständen im Segelbetrieb durch eine Unterdeckung im elektrischen Energiebordnetz entgegen gewirkt wird, ergibt sich eine hohe Verfügbarkeit des Leerlaufsegelbetriebs bei gleichbleibender Verfügbarkeit von elektrischer Energie ohne negativen Einfluss auf den Batterieverschleiß und somit die Batteriequalität.
  • 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
    • WO 02/094601 [0003]
    • DE 102009057551 A1 [0005]

Claims (7)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs in einem Kraftfahrzeug, der einen Verbrennungsmotor (VM) und Mittel (M) zur steuerbaren Kopplung des Verbrennungsmotors (VM) mit den Antriebsrädern (R1, R2) des Kraftfahrzeugs aufweist, wobei der Verbrennungsmotor (VM) bei Vorliegen vorbestimmter Betriebsbedingungen (BED) bei fahrendem Kraftfahrzeug von den Antriebsrädern (R1, R2) abgekoppelt wird, um eine antriebsloses Fahren zu erlauben, und die Motordrehzahl auf eine vorgegebene Soll-Leerlaufdrehzahl (SDZ) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Leerlaufdrehzahl (SDZ) situationsabhängig variabel vorgegeben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Leerlaufdrehzahl (SDZ) in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand eines zur Stromerzeugung mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Generators (G) bei noch angekoppeltem Antriebsstrang ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Leerlaufdrehzahl (SDZ) in Abhängigkeit vom aktuell erzeugten Strom des Generators (G) und/oder der Generatortemperatur bei noch angekoppeltem Antriebsstrang und/oder einer temperaturspezifischen gespeicherten Generatorkennlinie und/oder des Generatortyps und/oder einer typspezifischen gespeicherten Generatorkennlinie ermittelt wird, insbesondere derart, dass durch die ermittelte Soll-Leerlaufdrehzahl (SDZ) der vom Generator (G) vor dem Abkoppeln aktuell erzeugte Strom weiterhin bereitgestellt werden kann.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Leerlaufdrehzahl (SDZ) bei abgekoppeltem Antriebstrang mittels eines Drehzahlreglers oder Drehzahlstellers (DZS) eingeregelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen der vorbestimmten Betriebsbedingungen (BED) die Soll-Leerlaufdrehzahl (SDZ) ermittelt wird und der Verbrennungsmotor (VM) von den Antriebsrändern (R1, R2) abgekoppelt und die Motordrehzahl auf die ermittelte Sollleerlaufdrehzahl (SDZ) oder eine von der ermittelten Soll-Leerlaufdrehzahl (SDZ) abhängige Drehzahl eingestellt wird, wenn die ermittelte Soll-Leerlaufdrehzahl (SDZ) innerhalb eines vorgegebenen Leerlaufdrehzahlfensters liegt oder die ermittelte Soll-Leerlaufdrehzahl (SDZ) kleiner als eine vorgegebenen Leerlaufdrehzahlschwelle (DZS) ist.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen der vorbestimmten Betriebsbedingungen (BED) die Soll-Leerlaufdrehzahl (SDZ) ermittelt wird und der Verbrennungsmotor (VM) von den Antriebsrändern (R1, R2) nicht abgekoppelt wird, wenn die ermittelte Soll-Leerlaufdrehzahl (SDZ) nicht innerhalb eines vorgegebenen Leerlaufdrehzahlfensters liegt oder die ermittelte Soll-Leerlaufdrehzahl (SDZ) nicht kleiner als eine vorgegebenen Leerlaufdrehzahlschwelle DZS ist.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abkoppeln der Antriebsräder (R1, R2) eine zusätzlich Deaktivierung vorgegebener elektrischer Energieverbraucher erfolgt und/oder vorgegebene elektrische Energieverbraucher derart angesteuert oder geregelt werden, dass der Energieverbrauch reduziert wird.
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