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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, das über eine über ein Kupplungspedal zu betätigende Kupplung verfügt.
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Stand der Technik
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Steigende Kraftstoffpreise und die Notwendigkeit, Emissionen zu reduzieren, verlangen neue Konzepte zur Verbrauchsreduzierung. Ein in Kraftfahrzeugen bereits eingesetzte Funktion ist die Start-Stopp-Funktion, bei der bei stehendem Fahrzeug automatisch durch das Steuergerät der Verbrennungsmotor ausgeschaltet wird. Auf diese Weise wird die sonst im Leerlauf verbrauchte Kraftstoffmenge eingespart. Es ist allerdings zu beachten, dass der Motor, sobald dies erforderlich ist, wieder automatisch bzw. selbsttätig gestartet werden muss.
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Weiterhin ist der sogenannte Segelbetrieb bekannt, bei dem der Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs während der Fahrt geöffnet wird, wodurch der Verbrennungsmotor und das Getriebe voneinander entkoppelt werden. Durch das fehlende Schleppmoment des Verbrennungsmotors rollt das Kraftfahrzeug antriebslos deutlich weiter aus, als bei einem Schubabschalten im höchsten Gang. Um Kraftstoff zu sparen, kann der Verbrennungsmotor im Leerlauf betrieben werden, so dass als Fahrzustand ein Leerlauf-Segeln vorliegt. Schließlich kann der Verbrennungsmotor ausgeschaltet werden. Dies wird als Motorstopp-Segeln bzw. als Start-Stopp-Segel-Betrieb bezeichnet.
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Mit dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs sind alle Komponenten bezeichnet, die im Fahrzeug das Drehmoment vom Motor auf die Straße übertragen. Bei einem konventionellen Antriebsstrang zählen dazu der Verbrennungsmotor, die Kupplung mit dem Getriebe, die Antriebswellen und die Räder.
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Die Druckschrift
DE 10 2008 040 587 B4 beschreibt eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben dieser Antriebsanordnung, bei dem ein Verbrennungsmotor und ein alternativer Antrieb über eine Trennkupplung zu betreiben sind. Als Betriebszustände sind u. a. ein Segeln sowie ein Start-Stopp-Betrieb vorgesehen.
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Die Druckschrift
DE 10 2004 048 606 A1 beschreibt einen hybriden Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor, eine damit fest gekoppelte elektrische Maschine, ein mit der elektrischen Maschine fest gekoppeltes, automatisiertes Getriebe sowie eine Steuereinheit zum Einleiten und Steuern eines komprimierenden sowie eines dekomprimierenden Betriebs der Verbrennungskraftmaschine.
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Ein Verfahren zum Einstellen eines Segelbetriebs ist aus der Druckschrift
DE 10 2008 029 453 A1 bekannt. Bei diesem ist vorgesehen, dass vor einer Fahrpedalstellung, die einen Schubbetrieb definiert, wobei sich das Fahrpedal in einer Nullstellung befindet, eine für den Fahrer haptisch spürbare Zwischenstellung vorgesehen ist, die in den Segelmodus schaltet. Hierbei kann ein Motor des Kraftfahrzeugs im Segelmodus durch automatische Betätigung der Kupplung getrennt werden. Weiterhin kann der Motor im Segelmodus vollständig abgestellt werden, wodurch Kraftstoff eingespart werden kann.
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Die Druckschrift
DE 33 43 018 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum automatischen Starten und Stoppen einer Verbrennungskraftmaschine in einem Fahrzeug. Hierbei wird über einen Kupplungsschalter detektiert, ob ein Kupplungspedal vollständig gedrückt ist. Weiterhin wird mit einem Fahrgeschwindigkeitssensor ein Fahrsignal erzeugt, um die Bewegung des Fahrzeugs zu erfassen. Auf Grundlage der beiden erfassten Größen wird die Maschine ggf. gestoppt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 12 vorgestellt. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
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Die vorgestellte Anordnung, die zur Umsetzung des beschriebenen Verfahrens ausgelegt ist, stellt einen Start-Stopp-Segelkoordinator dar, der dazu ausgebildet ist, einen Zustand des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs zu überwachen. Sofern der Antriebsstrang sicher geöffnet wird, wird der Verbrennungsmotor ausgeschaltet. Sobald jedoch der Fahrer wieder mit dem Einkuppelvorgang beginnt, wird der Verbrennungsmotor gestartet und für einen angeforderten Vortrieb vorbereitet. Auf diese Weise ist es für den Fahrer möglich, mit dem Start-Stopp-Segelkoordinator einen Motorauszustand bei stehendem und rollendem Fahrzeug unkompliziert zu kontrollieren. Bei dem Verfahren wird die Stellung des Kupplungspedals überwacht und in Abhängigkeit der Stellung ein Schalten, bspw. Ausschalten oder Einschalten, unmittelbar oder mittelbar bewirkt.
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Unter Schalten eines Verbrennungsmotors wird hierin das Aus- oder Einschalten des Verbrennungsmotors verstanden.
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Dabei ist vorgesehen, dass die Stellung des Kupplungspedals als sogenannte Hauptführungsgröße dient. Das bedeutet, dass nur das Kupplungspedal bzw. dessen Stellung herangezogen wird, um ein Ausschalten oder Einschalten des Verbrennungsmotors zu bewirken. Weitere Größen, wie bspw. die Fahrgeschwindigkeit, werden nicht herangezogen. Das Ein- und Ausschalten des Verbrennungsmotors wird somit nur bzw. ausschließlich über die Kupplung bzw. deren Stellung veranlasst bzw. getriggert. Weitere Signale von Komponenten des Kraftfahrzeugs, wie bspw. die Feststellbremse, die Handbremse und/oder das Gaspedal, werden nicht herangezogen.
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So kann bspw. vorgesehen sein, dass wenn die Kupplung vollständig gedrückt ist, der Motor ausgeschaltet wird. Somit wird der Motor ausgeschaltet, wenn dieser vollständig von der Antriebswelle getrennt ist. Sobald der Fahrer einen Vortrieb wünscht, d. h. er geht von der Kupplung typischerweise mit eingelegtem Gang, so wird der Motor wieder eingeschaltet. Es kann zusätzlich vorgesehen sein, dass der Motor auch durch Betätigen des Gaspedals wieder eingeschaltet wird. Eine Anfahrtunterstützung, insbesondere beim Anfahren am Berg, kann mittels einer elektrischen Maschine erfolgen.
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Nachfolgend sind weitere Szenarien beschrieben: Tritt der Fahrer das Kupplungspedal und hält es gedrückt bzw. schaltet den Gang in Neutral, wird der Motor ausgeschaltet. Sobald der Fahrer beim eingelegten Gang mit dem Einkuppeln beginnt, was bspw. bei Erreichen der Schwelle „Kupplungspedal 90 % gedrückt“ erfolgt, startet der Verbrennungsmotor und wird für den durch den Fahrer gewünschten Vortrieb vorbereitet.
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Somit wird ein einfaches und intuitives Bedienkonzept vorgestellt. Mit der gleichen Bedienung kann sowohl ein Start-Stopp-Betrieb als auch ein Start-Stopp-Segelbetrieb erreicht werden. Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Motorstoppzeiten im Vergleich zu herkömmlichen Start-Stopp-Bedienkonzepten erhöht werden, was eine Reduzierung des Verbrauchs mit sich bringt.
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Somit ermöglicht das Bedienkonzept ein Motoraussegeln bei einem Fahrzeug mit manuellem Schaltgetriebe (MT) ohne eine zusätzliche Automatisierung der Kupplung, d. h. ohne zusätzliche Komponenten im System, wobei der Zustand vom Fahrer bewusst angefordert und gesteuert wird.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen möglichen Ablauf des beschriebenen Verfahrens.
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2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Kraftfahrzeug.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt einen möglichen Ablauf des vorgestellten Verfahrens in einem Diagramm. Dieses verdeutlicht einen Start-Stopp-Vorgang. An einer Abszisse 10 ist die Zeit in Sekunden aufgetragen. Weiterhin zeigt die Darstellung einen ersten Verlauf 12, der den Zustand des Antriebsstrangs verdeutlicht. Ist der Antriebsstrang offen, nimmt der Verlauf den Wert 1 an. Ist der Antriebsstrang geschlossen, ist der Wert 0. Ein zweiter Verlauf 14 zeigt die Motordrehzahl [U/min] an.
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Zu einem ersten Zeitpunkt 16 erfolgt ein Betätigen der Kupplung, damit wird der Antriebsstrang geöffnet. In einem ersten Zeitraum 18 ist der Antriebsstrang geöffnet, da die Kupplung betätigt ist. Der Verbrennungsmotor ist in Betrieb. Nach Ablauf dieses Zeitraums 18 erfolgt zu einem zweiten Zeitpunkt 20 ein Ausschalten bzw. Abstellen des Motors. Dies erfolgt, wenn der Antriebsstrang offen ist und kein Schaltvorgang vorgenommen wird. Um dies sicherzustellen, ist der Zeitraum 18 vorgesehen, der eine zeitliche Entprellung darstellt und verhindert, dass der Verbrennungsmotor beim Betätigen des Kupplungspedals unmittelbar ausgeschaltet wird, obgleich der Fahrer das Kupplungspedal betätigt hat, um einen Schaltvorgang bzw. einen Gangwechsel einzuleiten. Der Fahrer kann nun gezielt den Motor ausschalten, indem er das Kupplungspedal drückt und ansonsten keine weiteren Aktionen, wie bspw. ein Betätigen des Gangwahlhebels, vornimmt.
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Ein Spezialfall bei einem Gangwechsel bzw. einem Betätigen des Ganghebels ist gegeben, wenn der Fahrer in den Neutralgang wechselt. Da hier der Antriebsstrang sicher geöffnet ist, kann der Motor unabhängig davon, ob das Kupplungspedal noch betätigt ist, ggf. nach einer zeitlichen Entprellung ausgeschaltet werden.
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Während eines zweiten Zeitraums 22 ist nunmehr der Antriebsstrang offen durch eine durchgedrückte bzw. betätigte Kupplung oder eingelegtem Neutralgang und der Verbrennungsmotor ausgeschaltet, so dass in diesem zweiten Zeitraum 22 die Motordrehzahl auf 0 absinkt. Zu einem dritten Zeitpunkt 24 beginnt der Einkuppelvorgang, d.h. der Fahrer hat einen Gang eingelegt (Fahrstufe) und lässt das Kupplungspedal kommen. Zu diesem Zeitpunkt 24 wird der Motor gestartet. Eine Startzeit ist durch einen Doppelpfeil 26 angezeigt, nach dieser ist der Motor bereit und die Kupplung beginnt, den Kraftschluss zu den Rädern herzustellen. Der Antriebsstrang schließt kurz danach zu einem vierten Zeitpunkt 30 vollständig.
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Das Bedienkonzept, das durch das vorgestellte Verfahren ermöglicht wird, profitiert insbesondere von kurzen Motorstartzeiten. Durch die kurzen Motorstartzeiten sind die Drehzahldifferenzen zwischen Getriebe und Motor zum Zeitpunkt des Schließens der Kupplung minimiert. Auf diese Weise können Komfortbeeinträchtigungen, wie bspw. Vibrationen, Geräusche beim Motorstart und Schließen des Antriebsstrangs usw., deutlich reduziert werden. Voraussetzung hierfür ist, dass der Verbrennungsmotor schneller auf die Betriebsdrehzahl gestartet wird, als die Kupplung einen Kraftschluss herstellt. Die Verkürzung der Motorstartzeiten kann mit zusätzlichen Optimierungsmaßnahmen erzielt werden. Dabei können spezielle Motorstarter, wie bspw. ein Riemenstartergenerator, eine Motorschleppmomentenreduzierung bzw. Motorstartmomentenreduzierung oder weitere spezielle Motorstartverfahren vorgesehen sein.
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Eine weitere Möglichkeit, die Komfortbeeinträchtigungen zu reduzieren, besteht in dem Einsatz einer zusätzlichen Drosselung in der Kupplung, die den Schließvorgang beim Start verzögern kann. Dies kann bspw. durch eine elektronisch angesteuerte Kupplung, einer sogenannten eClutch, oder eine andere Komponente, wie bspw. ein elektronisch angesteuertes Drosselventil, bewirkt werden.
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Mögliche Startverfahren in Verbindung mit dem beschriebenen Verfahren sehen bspw. den Einsatz eines Ritzelstarters oder eines Riemen-Starter-Generators vor. Außerdem kann ein Start über das Schließen der Kupplung ohne Ansteuerung eines Startaggregats erfolgen. Dies wird als Kupplungsstart bezeichnet. Es kann weiterhin ein Direktstart des Verbrennungsmotors ohne Ansteuerung eines Startaggregats in Verbindung mit einer Benzin-Direkteinspritzung erfolgen. Zudem kann bei einem Hybrid-Fahrzeug eine elektrische Maschine eingesetzt werden. Schließlich sind beliebige Kombinationen der vorstehend genannten Möglichkeiten denkbar.
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2 zeigt in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug 50 mit einem Verbrennungsmotor 52, einem Motorsteuergerät 54, einer Kupplung 56, einem Kupplungspedal 58, einem Getriebe 60, angetriebenen Rädern 62 und einem Sensor 64, der eine Betätigung des Kupplungspedals 58 erfasst.
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Weiterhin wird von dem Steuergerät 54 erfasst, ob der Neutralgang eingelegt ist (Pfeil 70) und damit der Antriebsstrang geöffnet ist. Dies kann sowohl mittels eines Neutralgangsensors als auch eines Gangsensors erfolgen. Weiterhin erfolgt ein Austausch von Informationen zwischen dem Steuergerät 54 und dem Verbrennungsmotor (Doppelpfeil 72). Der Sensor 64 gibt Informationen zur Stellung des Kupplungspedals 58 an das Steuergerät 54 (Pfeil 74), so dass das Steuergerät 54 die Stellung des Kupplungspedals 58 erfasst.
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Der Sensor 64 kann derart ausgestaltet sein, dass er die Stellung des Kupplungspedals kontinuierlich erfasst und somit feststellt, wie weit dieses gedrückt ist. Alternativ kann der Sensor 64 auch durch eine Anzahl an Schaltern, bspw. zwei Schaltern, gegeben sein, die bei unterschiedlichen diskreten Stellungen des Kupplungspedals 58 schließen und damit die zugeordneten Stellungen anzeigen. So kann ein Schalter vorgesehen sein, der anzeigt, wenn das Kupplungspedal mehr als 90% gedrückt ist. Die Stellung des Kupplungspedals zeigt an, wie weit das Kupplungspedal durch den Fahrer gedrückt ist.
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Zeigt der Schalter an, dass das Kupplungspedal mehr als 90% gedrückt ist, so erfolgt, ggf. nach Ablauf eines vorgebbaren Zeitraums ein Ausschalten des Verbrennungsmotors. Zeigt der Schalter an, dass das Kupplungspedal weniger als 90% gedrückt ist, d. h. der Fahrer möchte wieder einkuppeln, so erfolgt ein Starten des Motors. Bei Verwendung eines kontinuierlichen Sensors kann ggf. auch berücksichtigt werden, wie schnell der Fahrer das Kupplungspedal durchdrückt und wieder loslässt. Über den Gradienten des Kupplungspedalwegs kann vom System unterschieden werden, ob der Verbrennungsmotor gestartet werden soll. Hiermit werden die Fälle unterschieden, bei denen der Fahrer bewusst einen Einkuppelvorgang einleitet, was einen Motorstart erforderlich macht, oder ob er vom Kupplungspedal abrutscht oder den Fuß schnell wegnimmt, was aus Sicherheitsgründen keinen Motorstart erforderlich macht. Anstelle des kontinuierlichen Pedalwegsensors können auch mehrere Schalter, bspw. 90% und 60% des Kupplungswegs, vorgesehen werden, um eine Entprellung über den Pedalweg zu erreichen bzw. um einen Pedalweggradienten zu ermitteln.
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Die Schwellen, deren Erreichen ein Ausschalten und Einschalten bzw. Starten des Verbrennungsmotors bewirken, können bedarfsgerecht gewählt werden.
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Der Fahrer kann somit gezielt durch Betätigen des Kupplungspedals die Start-Stopp-Funktion und die Start-Stopp-Segel-Funktion wählen. Neben der Stellung des Kupplungspedals können auch der eingelegte Gang bzw. ein gewählter Neutralgang sowie Betriebszustände und die Fahrsituation des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden.
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Zu berücksichtigen ist jedoch, dass bei dem vorgestellten Verfahren das Kupplungspedal bzw. ein Sensor zum Erfassen der Stellung des Kupplungspedals der einzige Signalgeber sein kann, der genutzt wird, um zu entscheiden, ob der Motor ein- und ausgeschaltet wird. Ausschließlich ein Signal, das eine Information zur Stellung des Kupplungspedals trägt, triggert das Ein- und Ausschalten. Weitere Größen und Signale sind nicht erforderlich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008040587 B4 [0005]
- DE 102004048606 A1 [0006]
- DE 102008029453 A1 [0007]
- DE 3343018 A1 [0008]
