Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung des Wiederstartens eines mit Start- Stopp-Betrieb ausgestatteten Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung des Wiederstartens eines mit Start-Stopp-Betrieb ausgestatteten Fahrzeugs.
Stand der Technik
Systeme zum Stoppen und Wiederstarten von Verbrennungsmotoren, insbesondere zum Zwecke einer Reduktion des Kraftstoffverbrauches und der Abgasemissionen, sind unter der Bezeichnung Start-Stopp-System bekannt geworden.
Aus der EP 1 469 587 B1 ist eine Vorrichtung zur Verbesserung des Start-Stopp- Betriebes eines Fahrzeugs bekannt. Diese weist eine dem Startergenerator des Fahrzeugs zugeordnete und an das Bordnetz des Fahrzeugs angeschlossene Erregerwicklung sowie eine Steuereinheit auf. Durch die von der Steuereinheit bereitgestellten Steuersignale wird der durch die Erregerwicklung fließende Erregerstrom beeinflusst. In der Stopp-Phase des Start-Stopp-Betriebes stellt die Steuereinheit Steuersignale bereit, aufgrund welcher die Erregerwicklung in der Stopp-Phase mit einem Vorerregerstrom beaufschlagt wird.
Aus der DE 10 2006 057 892 A1 ist ein Verfahren zur Vormagnetisierung einer elektrischen Maschine für einen automatischen Start einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit Start-Stopp-Automatik bekannt. Dabei wird ausgehend von einer durch einen automatischen Motorstopp eingeleiteten Stopp-Phase der Brennkraftmaschine innerhalb dieser Stopp-Phase und vor Vorhandensein einer Startaufforderung für einen automatischen Motorstart die elektrische Maschine vormagnetisiert. Dabei ist zumindest einer der Parameter Startzeitpunkt der Vor-
magnetisierung, Betrag des Vormagnetisierungsstroms und Zeitdauer, für die ein Magnetisierungsstrom aktiviert wird, variierbar.
Aus der WO 2009/024724 A1 ist ein weiteres Verfahren zum Stoppen und Wiederstarten eines Kraftfahrzeugs bekannt. Dabei wird zunächst der Verbrennungsmotor gestoppt, ein Erregerstrom für einen vorbestimmten Zeitraum aufrechterhalten und am Ende des vorbestimmten Zeitraums der Erregerstrom abgestellt.
Offenbarung der Erfindung
Ein Verfahren zur Verbesserung des Wiederstartens eines mit Start-Stopp- Betrieb ausgestatteten Fahrzeugs mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen weist demgegenüber den Vorteil auf, dass im Falle einer während des Auslaufens des Verbrennungsmotors auftretenden Wiederstartanforderung die Zeitspanne bis zum Wiederstart so klein wie möglich gehalten wird, wobei sichergestellt ist, dass Materialbelastungen reduziert und eine Materialzerstörung vermieden wird.
Dies gilt insbesondere dann, wenn auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ein Zweimassenschwungrad angeordnet ist. In diesem Falle werden bei Anwendung eines Verfahrens gemäß der Erfindung störende Geräusche und Schwingungen, die durch Resonanzeffekte des Zweimassenschwungrads bedingt sind, reduziert oder ganz vermieden. Dadurch werden auch Kosten gesenkt, da das Zweimassenschwungrad entlastet wird und demzufolge preiswerter dimensioniert werden kann.
Ferner werden eine Reduktion des Kraftstoffverbrauches und eine Reduktion der Abgasreduktionen erreicht. Es kann häufiger als beim Stand der Technik vom Start-Stopp-Betrieb Gebrauch gemacht werden.
Des Weiteren wird die Sicherheit des Straßenverkehrs verbessert, da im Falle einer bereits während des Auslaufens des Verbrennungsmotors auftretenden Wiederstartanforderung der Verbrennungsmotor schneller wieder gestartet werden kann. Dadurch wird die Zeitspanne, innerhalb welcher das Fahrzeug nicht aus einer Gefahrenzone herausbewegt werden kann, reduziert. Weiterhin wird
die Kundenakzeptanz von Start-Stopp-Systemen verbessert. Insbesondere führt die Erfindung zu einem reproduzierbaren Startverhalten.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender Erläuterung anhand der Zeichnung. Es zeigt
Figur 1 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Verbesserung des Wiederstartens eines mit Start-Stopp-Betrieb ausgestatteten Fahrzeugs und
Figur 2 eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Verbesserung des Wiederstartens eines mit Start-Stopp-Betrieb ausgestatteten Fahrzeugs.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Wiederstartens eines mit Start-Stopp-Betrieb ausgestatteten Fahrzeugs, welches eine dem Startergenerator des Fahrzeugs zugeordnete Erregerwicklung sowie eine Steuereinheit aufweist, durch deren Steuersignale der durch die Erregerwicklung fließende Erregerstrom beeinflusst wird, und bei welchem die Steuereinheit in einer Stopp- Phase des Start-Stopp-Betriebes Steuersignale bereitstellt, aufgrund welcher die Erregerwicklung in der Stopp-Phase mit einem Vorerregerstrom beaufschlagt wird, wobei die Steuereinheit beim Vorliegen einer während des Auslaufens des Verbrennungsmotors auftretenden Wiederstartaufforderung überprüft, ob ein sofortiger Wiederstart möglich und sinnvoll ist, im Falle eines möglichen und sinnvollen sofortigen Wiederstartens einen sofortigen Wiederstart in die Wege leitet und im Falle eines nicht möglichen und/oder nicht sinnvollen sofortigen Wiederstartens den Wiederstart verzögert.
Die Figur 1 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Verbesserung des Wiederstartens eines mit Start-Stopp-Betrieb ausgestatteten Fahrzeugs.
Das dargestellte Verfahren geht davon aus, dass sich der Verbrennungsmotor des Fahrzeugs im Betrieb befindet.
Gemäß dem gezeigten Verfahren erfolgt in einem Schritt S1 eine Abfrage, ob eine Aufforderung dazu vorliegt, in den Stopp-Betrieb überzugehen. Diese Auffor-
derung kommt von einem in der Figur 1 nicht gezeigten Steuergerät und wird beispielsweise bei einem Ampelstopp automatisch erzeugt, wenn vorgegebene Stoppbedingungen erfüllt sind. Dazu gehört beispielsweise das Unterschreiten eines vorgegebenen Geschwindigkeitslimits bei gleichzeitigem Betätigen der Fahrzeugbremse.
Liegt keine Aufforderung dazu vor, in den Stopp-Betrieb überzugehen, dann wird in einem nachfolgenden Schritt S2 der Normalbetrieb des Fahrzeugs fortgesetzt. Liegt hingegen eine Aufforderung vor, in den Stopp-Betrieb überzugehen, dann wird zu einem Schritt S3 übergegangen. Im Schritt S3 wird der Startergenerator des Fahrzeugs, bei dem es sich um einen riemengetriebenen Startergenerator oder um einen direkt angebauten Startergenerator handelt, in den Status Startbereitschaft gebracht. Dieser Status Startbereitschaft ermöglicht im Falle einer wäh- rend des Auslaufens des Verbrennungsmotors auftretenden Wiederstartaufforderung einen schnellen Drehmomentaufbau. Zu diesem Zweck wird der Erregerstrom eingeschaltet. Eine Vollerregung ist möglich, aber nicht erforderlich. Folglich wird vorzugsweise eine Teilerregung eingestellt. Diese Teilerregung ist vorzugsweise variabel in Abhängigkeit vom momentanen Betriebszustand des Fahr- zeugs.
Ist der Startergenerator gemäß dem Schritt S3 zu einer Drehmomentabgabe vorbereitet, dann erfolgt in einem Schritt S4 eine Abfrage, ob eine Wiederstartanforderung vorliegt. Eine derartige Wiederstartanforderung wird beispielsweise durch eine Betätigung des Fahrpedals ausgelöst.
Liegt keine Wiederstartanforderung vor, dann wird in einem Schritt S5 sichergestellt, dass der Startergenerator, dessen Erregerwicklung mit einem Erregerstrom beaufschlagt ist, weder eine unerwünscht hohe elektrische Leistung noch eine unerwünscht hohe mechanische Leistung abgibt. Dies geschieht durch eine entsprechende Ansteuerung des Ständers des Startergenerators, beispielsweise durch eine feldorientierte Regelung oder bei blockkommutierten Systemen durch eine Vorkommutierung. Dabei wird der Startergenerator zwecks Beeinflussung des Auslaufverhaltens mittels einer kontrollierten Drehmomentabgabe aktiv an- gesteuert. Dadurch wird der Auslauf des Verbrennungsmotors entweder treibend oder bremsend gesteuert, beispielsweise zum Zwecke eines sanften Auslaufs
oder zum Zwecke einer Positionierung der Kurbelwelle in einer gewünschten Winkelstellung.
Alternativ zu einer aktiven Ansteuerung kann auch ein passives Verhalten des Startergenerators herbeigeführt werden, indem der Ständer des Startergenerators derart angesteuert wird, dass sich der Startergenerator an seiner mechanischen Schnittstelle möglichst neutral verhält.
In einem nachfolgenden Schritt S6 erfolgt eine Abfrage, ob der Startergenerator zum Stillstand gekommen ist. Ist dies der Fall, dann wird gemäß einem Schritt S7 der Startergenerator im Status Startbereitschaft gehalten, indem dafür gesorgt wird, dass ein Erregerstrom bestehen bleibt, um ein eventuell auftretendes Wiederstarten zu beschleunigen. Die Höhe des Erregerstromes kann dabei kleiner als maximal sein. Vorzugsweise erfolgt eine variable Einstellung dieses Erreger- Stromes in Abhängigkeit vom momentanen Betriebszustand des Verbrennungsmotors.
Ergibt die Abfrage im Schritt S4, dass eine Wiederstartaufforderung vorliegt, dann erfolgt in einem Schritt S8 eine Abfrage, ob ein sofortiger Wiederstart mög- lieh und sinnvoll ist. Als Kriterium dafür, ob ein sofortiger Wiederstart möglich und sinnvoll ist, wird überprüft, ob die momentane Drehzahl des Verbrennungsmotors in einem vorgegebenen Drehzahlbereich liegt. Alternativ oder zusätzlich dazu wird überprüft, ob der Kurbelwellenwinkel in einem vorgegebenen Winkelbereich liegt. Alternativ oder zusätzlich dazu dient als Kriterium dafür, ob ein sofortiger Wiederstart möglich und sinnvoll ist, der momentane Zustand des Bordnetzes und die Art und das Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors.
Ein nicht möglicher und nicht sinnvoller sofortiger Wiederstart wird beispielsweise dann erkannt, wenn die momentane Drehzahl des Verbrennungsmotors im Be- reich der Resonanzfrequenz des auf der Kurbelwelle angeordneten Zweimassenschwungrads liegt.
Ein möglicher und sinnvoller sofortiger Wiederstart wird beispielsweise dann erkannt, wenn der momentane Kurbelwellenwinkel derart ist, dass die Kompressi- onsarbeit genutzt werden kann und die momentane Drehzahl des Verbrennungsmotors in einem gewünschten Drehzahlbereich liegt.
Ein möglicher und sinnvoller sofortiger Wiederstart wird beispielsweise auch dann erkannt, wenn besondere Betriebszustände des Verbrennungsmotors oder des Fahrzeugtriebstranges vorliegen. Beispielsweise kann abgewartet werden, bis eine Drosselklappe oder ein anderer Aktuator am Verbrennungsmotor derart eingestellt ist, dass eine günstige Bedingung für einen Wiederstart vorliegt.
Wird bei der Abfrage im Schritt S8 erkannt, dass ein sofortiger Wiederstart möglich und sinnvoll ist, dann wird in einem Schritt S9 der Wiedergabestart eingelei- tet, indem der Starter entsprechend angesteuert wird. Da der Erregerstrom bereits eingeschaltet ist und für eine Rotordurchflutung sorgt, ist lediglich eine entsprechende Ansteuerung des Ständers erforderlich. Da die Zeitkonstante des Ständers gering ist, wird durch diese Vorgehensweise eine nennenswerte Zeitersparnis beim Wiederstart erzielt.
Wird bei der Abfrage im Schritt S8 hingegen erkannt, dass ein sofortiger Wiederstart nicht möglich oder nicht sinnvoll ist, dann erfolgt in einem Schritt S10 eine Abfrage, ob ein Abbremsen des Verbrennungsmotors vorzugsweise unter Zuhilfenahme eines durch den Startergenerator aufgebauten Bremsmoments erfor- derlich ist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors noch größer ist als ein vorgegebener Drehzahlschwellenwert.
Wird bei der Abfrage im Schritt S10 erkannt, dass ein Abbremsen erforderlich ist, dann wird gemäß einem Schritt S1 1 dafür gesorgt, dass das benötigte Brems- moment aufgebaut wird.
Wird bei der Abfrage im Schritt S10 hingegen erkannt, dass ein Abbremsen nicht erforderlich ist, dann wird gemäß einem Schritt S12 dafür gesorgt, dass der Verbrennungsmotor ausläuft. Während dieses Auslaufens sorgt die Steuereinheit dafür, dass der Startergenerator, dessen Erregerwicklung mit einem Erregerstrom beaufschlagt ist, weder eine unerwünscht hohe elektrische Leistung noch eine unerwünscht hohe mechanische Leistung abgibt oder aufnimmt. Dies geschieht durch eine entsprechende Ansteuerung des Ständers des Startergenerators, beispielsweise durch eine feldorientierte Regelung oder bei blockkommutier- ten Systemen durch eine Vorkommutierung. Dabei wird der Startergenerator zwecks Beeinflussung des Auslaufverhaltens mittels einer kontrollierten Dreh-
momentabgabe aktiv angesteuert. Dadurch wird der Auslauf des Verbrennungsmotors entweder treibend oder bremsend gesteuert, beispielsweise zum Zwecke eines sanften Auslaufs oder zum Zwecke einer Positionierung der Kurbelwelle in einer gewünschten Winkelstellung.
Nach Durchführung der Schritte S2, S7, S9, S1 1 und S12 erfolgt ein Rücksprung zum Schritt S1. Auch dann, wenn bei der Abfrage im Schritt S6 erkannt wird, dass der Startergenerator nicht zum Stillstand gekommen ist, erfolgt ein Rücksprung zum Schritt S1.
Die Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens obliegt einer Steuereinheit, die zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Diese Steuereinheit steht - wie nachfolgend anhand der Figur 2 gezeigt wird - über eine Kommunikationsleitung mit anderen Steuergeräten sowie Sensoren des Fahrzeugs in Verbindung und ist über eine weitere Leitung mit dem Startergenerator des Fahrzeugs verbunden.
Die Figur 2 zeigt eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Verbesserung des Wiederstartens eines mit Start-Stopp-Betrieb ausgestatteten Fahrzeugs.
Die dargestellte Vorrichtung weist einen riemengetriebenen Startergenerator 1 , eine mit diesem verbundene Riemenscheibe 2, einen Antriebsriemen 3, eine Umlenk- und Spannrolle 4, eine auf der Kurbelwelle des Fahrzeugs angeordnete Riemenscheibe 5, eine Steuereinheit 6, eine Leitung 7, eine Kurbelwelle 8, ein Zweimassenschwungrad 9 und eine Kommunikationsleitung 10 auf. Die Steuereinheit 6 ist dazu vorgesehen, das anhand der Figur 1 beschriebene Verfahren zu steuern.
Der Startergenerator 1 ist über einen Riementrieb, zu welchem die Riemenschei- be 2, der Antriebsriemen 3, die Umlenk- und Spannrolle 4 und die Riemenscheibe 5 gehören, mit der Kurbelwelle 8 des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs verbunden. An der Kurbelwelle 8 ist ein Schwungrad 9, bei dem es sich vorzugsweise um ein Zweimassenschwungrad handelt, angebracht. Bei einer derartigen Vorrichtung besteht die Möglichkeit, mechanische Leistung zwischen der Kurbelwelle und dem Startergenerator zu übertragen.
Die Steuereinheit 6 ist elektrisch über die Leitung 7 mit dem Startergenerator 1 verbunden. Sie kann auch in den Startergenerator 1 integriert sein. Mittels dieser Steuereinheit 6 wird die leistungsseitige Ansteuerung des Startergenerators realisiert. Zu diesem Zweck weist die Steuereinheit 6 einen aus Halbleiterschaltern aufgebauten Pulswechselrichter und einen Logikteil auf. Dieser enthält eine Steuerung, auf welcher unter Verwendung eines Programmcodes das oben beschriebene Verfahren ausgeführt wird.
Die Steuereinheit 6 ist über die Kommunikationsleitung 10 mit anderen Steuergeräten und mit Sensoren des Fahrzeugs verbunden und tauscht mit diesen Daten aus. Beispielsweise kommuniziert die Steuereinheit 6 mit einem Motorsteuergerät, einem Getriebesteuergerät, einem Bordnetzsteuergerät sowie Sensoren zur Erfassung des Kurbelwellenwinkels und des Batteriezustandes.
Alternativ zu dem in der Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Startergenerator auch direkt an den Verbrennungsmotor oder an das Getriebe des Kraftfahrzeugs angebaut sein. Dabei ist der Startergenerator mittels einer Kette, einer Welle oder eines Zahnrades mit dem Verbrennungsmotor oder dem Getriebe verbunden.
Die Erfindung ermöglicht nach alledem dann, wenn bereits während des Auslaufens des Verbrennungsmotors eine Wiederstartanforderung vorliegt, einen schnellen Wiederstart. Der Fahrer des Kraftfahrzeugs kann sich darauf verlassen, dass ihm der Verbrennungsmotor auch stets zur Verfügung steht. Dies wird dadurch erreicht, dass der Starter den Verbrennungsmotor durch eine Drehmomentzufuhr beschleunigen kann, bevor der Verbrennungsmotor zum Stillstand gekommen ist. Dabei ist sichergestellt, dass keine störenden oder gar materialschädlichen Betriebszustände auftreten.
Dies gilt insbesondere bei Verwendung eines mit der Kurbelwelle verbundenen Zweimassenschwungrads. Zweimassenschwungräder leiden systemimmanent unter einer Resonanzfrequenz, da sie einen Zweimassen-Torsionsschwinger bilden. Diese Resonanzfrequenz liegt üblicherweise oberhalb der Drehzahl, bei der ein Verbrennungsmotor erstmals zündet, jedoch unterhalb der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors. Somit wird der Resonanzbereich sowohl beim Start als auch beim Abstellen des Verbrennungsmotors durchlaufen. Ein Verweilen der
Kurbelwellendrehzahl im Resonanzbereich führt zu deutlich spürbaren Schwingungen des Verbrennungsmotors. Eine Schädigung von Bauteilen bis hin zu einer Zerstörung dieser Bauteile ist nicht auszuschließen. Derartige Betriebszu- stände, bei welchen eine Schädigung oder gar Zerstörung der Bauteile auftreten können, werden beim erfindungsgemäßen Vorgehen vermieden.