DE102013223325A1

DE102013223325A1 - Verfahren zum Abstellen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102013223325A1
Application number: DE102013223325.6A
Authority: DE
Inventors: David Vitre
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH; SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2015-05-21
Also published as: WO2015071126A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abstellen einer Brennkraftmaschine (20) in einem Fahrzeug, welches eine Brennkraftmaschine (20) mit einer Kurbelwelle (25) und eine elektrische Maschine (30), die über eine Wirkverbindung (26) mit der Kurbelwelle (25) verbunden ist, aufweist, wobei ein erstes elektrisches Drehmoment (M₁) durch die elektrische Maschine (30) auf die Kurbelwelle (25) ausgeübt wird, wenn sich eine Drehzahl der Kurbelwelle (25) in einem ersten Drehzahlbereich (T2) befindet, der unterhalb einer Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine (20) liegt, wobei das erste elektrische Drehmoment (M₁) in Abhängigkeit von einem oberen Drehzahlgrenzwert (n₁) des ersten Drehzahlbereichs (T2), einem unteren Drehzahlgrenzwert (n₂) des ersten Drehzahlbereichs (T2), einer ersten Kurbelwellenwinkelstellung (φ₁) an dem oberen Drehzahlgrenzwert (n₁) und einer erwünschten zweiten Kurbelwellenwinkelstellung (φ₂) an dem unteren Drehzahlgrenzwert (n₁) vorgegeben wird, so dass der untere Drehzahlgrenzwert (n₂) von der Kurbelwelle (25) in der erwünschten zweiten Kurbelwellenwinkelstellung (φ₂) erreicht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abstellen einer Brennkraftmaschine unter Einsatz einer elektrischen Maschine in einem Fahrzeug.
Stand der Technik
Beim Abstellen einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug kann es zu ungewollten Drehzahlschwingungen kommen. Solche Drehzahlschwingungen übertragen sich auf die Karosserie des Fahrzeugs, was von Fahrzeuginsassen als unangenehm empfunden wird. Insbesondere treten solche Drehzahlschwingungen bspw. bei einem Start-Stopp-Betrieb auf, bei dem die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs bei Stillstand automatisch abgestellt wird.
Als besonders unangenehm wird hierbei ein Zurückpendeln der Brennkraftmaschine, d. h. eine kurzzeitige Drehung entgegen der Auslaufrichtung am Ende des Abstellvorgangs, empfunden.
Zwar können in Fahrzeugen Zweimassenschwungräder zur Schwingungsdämpfung eingesetzt werden, jedoch entfalten diese bauartbedingt besondere Dämpfungseffekte nur bei und oberhalb der Leerlaufdrehzahl, nicht jedoch darunter.
In Fahrzeugen werden elektrische Maschinen bspw. als Starter für eine Brennkraftmaschine eingesetzt oder bspw. als Generator zur Stromerzeugung. In modernen Fahrzeugen werden elektrische Maschinen auch als Kombination von Starter und Generator, als sogenannte Startergeneratoren, eingesetzt. Startergeneratoren sind elektrische Maschinen, die in einem Fahrzeug je nach Bedarf als Elektromotor oder als Generator betrieben werden können. Als Generator müssen Startergeneratoren alle Aufgaben übernehmen können, die herkömmlicherweise der Lichtmaschine zukommen, nämlich die elektrische Versorgung des Bordnetzes und das Laden der Fahrzeugbatterie. Als Elektromotor müssen Startergeneratoren beim Start der Brennkraftmaschine deren Kurbelwelle in kurzer Zeit auf die erforderliche Startdrehzahl bringen.
Aus der DE 101 23 037 A1 sind bspw. eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine bekannt. Hier wird der Drehzahlverlauf der Brennkraftmaschine an einen vorgegebenen Drehzahlverlauf angepasst, indem eine Kurbelwelle von einer elektrischen Maschine mit einem Drehmoment beaufschlagt wird, wodurch die Drehzahl der Brennkraftmaschine je nach Situation angehoben oder abgesenkt wird.
Jedoch sind bei diesem Verfahren schnelle Umsetzungen des zu beaufschlagenden Drehmoments nötig, um die Drehzahl in Echtzeit anzupassen. Derart schnelle Umsetzungen sind aufgrund der nötigen Kommunikation im Fahrzeug nur schwer umsetzbar.
Eine andere Möglichkeit ist ein genaues Einstellen einer Drehzahl für die elektrische Maschine, was in der Umsetzung in Echtzeit jedoch kompliziert ist.
Es ist daher wünschenswert, eine Möglichkeit anzugeben, für Fahrzeuginsassen spürbare Schwingungen, insbesondere durch Zurückpendeln, beim Abstellen einer Brennkraftmaschine in einer einfachen Weise zu verhindern oder zumindest zu verringern.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abstellen einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug wird beim Auslaufen ein erstes elektrisches Drehmoment durch die elektrische Maschine auf die Kurbelwelle ausgeübt, so dass ein bestimmter Drehzahlwert von der Kurbelwelle in einer erwünschten Kurbelwellenwinkelstellung erreicht wird. Dabei wird die Kurbelwellenwinkelstellung zweckmäßigerweise so gewählt, dass ein Zurückpendeln vermieden wird. Dies erhöht den Komfort für die Fahrzeuginsassen.
Das elektrische Drehmoment wird dabei vorteilhafterweise so vorgegeben, dass eine Änderung eines Gesamtdrehmoments pro Zeiteinheit (d. h. ein Gesamtdrehmomentgradient), welches sich zumindest aus dem ersten elektrischen Drehmoment und einem Drehmoment der Brennkraftmaschine zusammensetzt, möglichst gering ist. Eine zweckmäßige Zeiteinheit kann insbesondere im einstelligen oder kleinen zweistelligen Millisekundenbereich liegen, z. B. 10 ms betragen. In der Praxis kann dazu das elektrische Drehmoment so vorgegeben werden, dass der Gesamtdrehmomentgradient innerhalb eines Intervalls liegt. Das Intervall kann durch eine obere Grenze und eine untere Grenze und/oder durch ein Intervall um einen Zielwert herum definiert werden. Für eine Minimierung des Gesamtdrehmomentgradienten liegen obere Grenze und untere Grenze zweckmäßigerweise nahe bei Null bzw. beträgt der Zielwert zweckmäßigerweise Null. Die Breite des Intervalls wird zweckmäßigerweise so klein wie möglich, jedoch so groß wie nötig gewählt, um auch eine praktikable Realisierung zu erlauben.
In bevorzugter Ausgestaltung werden dazu auch die Kurbelwellenwinkel, bei denen die Drehmomentabgabe beginnt und endet (im Folgenden als erste und zweite Kurbelwellenwinkelstellung bezeichnet), so gewählt, dass das elektrische Drehmoment den Gesamtdrehmomentgradienten minimiert. Dies reduziert ebenfalls Schwingungen.
Ein Reaktionsmoment, das sich über die Motorlagerung auf die Karosserie auswirkt, ist gleich dem Produkt von Trägheitsmoment und Drehwinkelbeschleunigung der Kurbelwelle. Um zu vermeiden, dass Vibration und Geräusch in der Karosserie entstehen, wäre es ausreichend, das Reaktionsmoment zu minimieren, d. h. die Drehwinkelbeschleunigung der Kurbelwelle zu minimieren. Dies steht aber in Konflikt mit dem Wunsch, die Brennkraftmaschine schnell von Leerlaufdrehzahl zum Stillstand zu bringen. Deswegen wird nun nicht das Reaktionsmoment bzw. die Drehwinkelbeschleunigung minimiert, sondern die zeitliche Variation des Reaktionsmoments bzw. der Drehwinkelbeschleunigung.
Die Höhe des elektrischen Drehmoments kann beispielsweise aus einer Energiebilanz zwischen Beginn und Ende des Drehzahlbereichs ermittelt werden, wie später in der Figurenbeschreibung erläutert wird. Dafür werden oberer Drehzahlgrenzwert des Drehzahlbereichs, unterer Drehzahlgrenzwert des Drehzahlbereichs, Kurbelwellenwinkelstellung an dem oberen Drehzahlgrenzwert und Kurbelwellenwinkelstellung an dem unteren Drehzahlgrenzwert herangezogen.
Weist das Fahrzeug ein Zweimassenschwungrad auf, wird das erste Drehmoment zweckmäßigerweise so vorgegeben, dass ein Drehzahlbereich um eine Resonanzdrehzahl des Zweimassenschwungrads möglichst schnell durchfahren wird. Dadurch können spürbare Schwingungen beim Abstellen der Brennkraftmaschine verhindert oder zumindest verringert werden. Der Drehzahlbereich ist dadurch charakterisiert, dass er eine Resonanzdrehzahl enthält, die zu einer Frequenz der Erregung führt, die gleich der Eigenfrequenz des Zweimassenschwungrads ist. Dadurch werden Schwingungen, die sich durch eine Resonanz des Zweimassenschwungrads auf das Fahrzeug übertragen, reduziert. Der Drehzahlbereich wird um die Resonanzfrequenz herum gewählt. Ein oberer Drehzahlgrenzwert liegt zweckmäßigerweise zwischen einer Leerlaufdrehzahl und der Resonanzdrehzahl plus 200 min^–1. Ein unterer Drehzahlgrenzwert liegt zweckmäßigerweise zwischen der Resonanzdrehzahl minus 200 min^–1 und einer Drehzahl, von der aus die Brennkraftmaschine in höchstens einer halben Kurbelwellenumdrehung gestoppt werden kann.
Bei Brennkraftmaschinen wie bspw. Hubkolbenmotoren wird eine Schwungmasse, bspw. ein Schwungrad, eingesetzt, um Drehungleichförmigkeiten auszugleichen, da nicht mit jedem Takt ein Drehmoment auf die Kurbelwelle übertragen wird. In modernen Fahrzeugen ist diese Schwungmasse zweigeteilt, mit einer primären Masse motorseitig und einer sekundären Masse getriebeseitig eines Drehschwingungsdämpfers. Damit werden Schwingungen oberhalb der Leerlaufdrehzahl weiter reduziert. Jedoch gibt es einen Drehzahlbereich unterhalb der Leerlaufdrehzahl, bei dem ein solches Zweimassenschwungrad trotzdem Schwingungen hervorruft oder gegebenenfalls verstärkt.
Es ist weiter vorteilhaft, wenn beim Auslauf der Brennkraftmaschine in verschiedenen Drehzahlbereichen verschiedene elektrische Drehmomente durch die elektrische Maschine ausgeübt werden. Dadurch können spürbare Schwingungen beim Abstellen der Brennkraftmaschine verhindert oder zumindest verringert werden
In einem optionalen zweiten Drehzahlbereich, welcher sich an den ersten Drehzahlbereich anschließt, wird ein zweites elektrisches Drehmoment so gewählt, dass die Brennkraftmaschine möglichst innerhalb eines Arbeitstaktes (d. h. innerhalb einer halben Kurbelwellenumdrehung) zum Stillstand kommt. Dabei soll im Stillstand ein vorbestimmter Winkel der Kurbelwelle erreicht werden, sodass die Brennkraftmaschine im Stillstand bleibt, ohne dass weiter ein elektrisches Drehmoment aufgebracht wird. Dies verhindert ein Zurückpendeln der Brennkraftmaschine und somit Schwingungen auf das Fahrzeug. Dieser Winkel ist durch die Anzahl der Zylinder und die Gaskräfte in den Zylindern definiert.
Vorteilhafterweise folgt ein dritter Drehzahlbereich, wenn die Brennkraftmaschine am Ende des zweiten Drehzahlbereichs nicht zum Stillstand gebracht werden kann, beispielsweise wenn die elektrische Maschine aufgrund ihrer Leistung dazu nicht in der Lage ist. Dann wird das elektrische Drehmoment auf Null gesetzt und der Winkel der Kurbelwelle erreicht innerhalb kurzer Zeit eine bestimmte Position.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z. B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u. a. m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend 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.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch einen Teil eines Fahrzeugs, umfassend eine Brennkraftmaschine, eine elektrische Maschine, eine Wirkverbindung sowie eine Recheneinheit in einer bevorzugten Ausgestaltung.
2 zeigt schematisch Kurbelwellenwinkel, Drehzahl und Drehmomente bei einem Auslauf einer Brennkraftmaschine, eingeteilt in verschiedene Drehzahlbereiche.
3 zeigt schematisch ein elektrisches Drehmoment und zwei verschiedene Gesamtdrehmomente bei einem Auslauf einer Brennkraftmaschine gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist schematisch ein Teil 10 eines Fahrzeugs dargestellt. Dieser weist eine Brennkraftmaschine 20 und eine elektrische Maschine 30 auf. Brennkraftmaschine 20 und elektrische Maschine 30 sind über eine als Kurbelwelle 25 in Verbindung mit einem Riementrieb 26 ausgestaltete Wirkverbindung miteinander verbunden. Weiterhin ist ein Zweimassenschwungrad 40 dargestellt, das mit der Kurbelwelle 25 der Brennkraftmaschine 20 verbunden ist. Zudem ist eine als Steuergerät 80 ausgebildete Recheneinheit dargestellt, welche eine Ansteuerung der elektrischen Maschine 30 zur Vorgabe von Drehmomenten ermöglicht.
In 2 ist schematisch ein Auslaufen der Brennkraftmaschine 20 dargestellt. Der zeitliche Verlauf ist nach rechts angedeutet. Das obere Diagramm zeigt einen Verlauf eines Winkels φ der Kurbelwelle 25 sowie einen Verlauf einer Drehzahl n der Brennkraftmaschine 20. Das mittlere Diagramm zeigt einen Verlauf eines elektrischen Drehmoments M₃₀ der elektrischen Maschine 30. Das untere Diagramm zeigt Verläufe eines Drehmoments M₂₀ der Brennkraftmaschine 20, eines Zweimassenschwungradmoments M₄₀ des Zweimassenschwungrads 40 sowie ein Gesamtdrehmoment M₂₅, das auf die Kurbelwelle 25 wirkt. Das Drehmoment M₂₀ umfasst hier zusätzlich zum Drehmoment, dass die Brennkraftmaschine 20 auf die Kurbelwelle 25 auswirkt, auch ein Reibmoment. Die Diagramme sind in Drehzahlbereiche T1, T2, T3, T4 unterteilt. Diese sind zwar auf der Zeitachse dargestellt, sind jedoch durch Drehzahlen definiert.
Der Zusammenhang zwischen den Drehmomenten ist so, dass sich das Gesamtdrehmoment M₂₅ aus den anderen Drehmomenten wie folgt ergibt: M₂₅ = M₂₀ + M₃₀ + M₄₀.
Ein oberer Drehzahlbereich T1 stellt den Beginn eines Auslaufs der Brennkraftmaschine 20 dar und beginnt bspw. mit einer Stoppanforderung an die Brennkraftmaschine 20, d. h. nach Unterschreiten der Leerlaufdrehzahl. Dies kann bspw. durch Abschalten einer Kraftstoffzufuhr oder Schließen einer Drosselklappe eingeleitet werden. Vor dem oberen Drehzahlbereich T1 befindet sich die Brennkraftmaschine 20 bspw. noch in einem Leerlauf. Während des oberen Drehzahlbereichs T1 wirkt kein elektrisches Drehmoment, sondern im Wesentlichen nur das Drehmoment M₂₀ der Brennkraftmaschine 20, welches ein Reibmoment umfasst, das durch die Reibung der Brennkraftmaschine 20 entsteht. Dies verlangsamt die Brennkraftmaschine 20, was an dem Verlauf der Drehzahl n während des oberen Drehzahlbereichs T1 zu sehen ist. Alternativ wird auch bereits im oberen Drehzahlbereich ein elektrisches Drehmoment (welches jedoch kleiner als das erste elektrische Drehmoment ist) eingestellt. Dadurch kann das Abstellen der Brennkraftmaschine beschleunigt werden.
Der erste Drehzahlbereich T2 beginnt bei einer ersten Drehzahl n₁, d. h. n₁ ist ein oberer Drehzahlgrenzwert von T2. Der erste Drehzahlbereich T2 ist so gewählt, dass er eine Resonanzfrequenz, bei der das Zweimassenschwungrad 40 resonant zu Schwingungen angeregt wird, umfasst. Der obere Drehzahlgrenzwert n₁ liegt bspw. bei 600 min^–1 (Umdrehungen pro Minute) und wird in Abhängigkeit von den konstruktiven Gegebenheiten vorgegeben. Er liegt zweckmäßigerweise in einem Bereich zwischen der Leerlaufdrehzahl und der Resonanzdrehzahl plus 200 min^–1. Sobald nach Unterschreiten des oberen Drehzahlgrenzwerts n₁ eine erste Kurbelwellenwinkelstellung φ₁ von der Kurbelwelle 25 erreicht wird, wird ein erstes elektrisches Drehmoment M₁ auf die Kurbelwelle von der elektrischen Maschine ausgeübt.
Die erste Kurbelwellenwinkelstellung φ₁ ist so gewählt, dass die Position der Kurbelwelle 25 in einem Bereich um den oberen Totpunkt liegt, bspw. zwischen 10° vor dem oberen Totpunkt und 10° nach dem oberen Totpunkt. In diesem Bereich bewirkt ein bremsendes elektrisches Drehmoment M₃₀ eine Verringerung der Änderung des Gesamtdrehmoments M₂₅.
Das erste elektrische Drehmoment M₁ der elektrischen Maschine wird so gewählt, dass ein unterer Drehzahlgrenzwert n₂ des ersten Drehzahlbereichs T2 von der Kurbelwelle in einer erwünschten zweiten Kurbelwellenwinkelstellung φ₂ erreicht wird. Der untere Drehzahlgrenzwert n₂ des ersten Drehzahlbereichs T2 liegt zweckmäßigerweise zwischen der Resonanzdrehzahl minus 200 min^–1 und einer Drehzahl, von der aus die Brennkraftmaschine in höchstens einer halben Kurbelwellenumdrehung gestoppt werden kann. Er beträgt beispielsweise 200 min–1. Die zweiten Kurbelwellenwinkelstellung φ₂ wird so gewählt, dass die Position der Kurbelwelle 25 in einem bestimmten Bereich liegt, bspw. zwischen 20° nach dem oberen Totpunkt und 40° nach dem oberen Totpunkt, falls M₂ < M₁ (bevorzugter Fall), oder zwischen 10° vor dem oberen Totpunkt und 10° nach dem oberen Totpunkt, falls M₂ > M₁
Das erste elektrische Drehmoment M₁ für den ersten Drehzahlbereich T2 wird berechnet, indem eine Energiebilanz aufgestellt wird. Die Differenz der Energie E_kin + E_pot der Brennkraftmaschine 20 bei der ersten Kurbelwellenwinkelstellung φ₁ und bei der zweiten Kurbelwellenwinkelstellung φ₂ entspricht genau der Energie E_R + E_el, die durch Reibung der Brennkraftmaschine 20 und durch die Bremswirkung der elektrischen Maschine 30 beim Durchfahren des ersten Drehzahlbereichs T2 verbraucht wird: [E_kin(φ₂) + E_pot(φ₂)] – [E_kin(φ₁) + E_pot(φ₁)] = E_R + E_el.
Die Energie der Brennkraftmaschine 20 setzt sich dabei aus einer kinetischen Energie E_kin, d. h. der Rotationsenergie der rotierenden Teile der Brennkraftmaschine 20 einschließlich des Zweimassenschwungrads 40, und einer potentiellen Energie E_pot von Gaskräften zusammen.
Die kinetische Energie E_kin ergibt sich aus dem Produkt der Hälfte eines Trägheitsmoments J der Brennkraftmaschine 20 und des Zweimassenschwungrads 40 mit dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit ω der Kurbelwelle 25: E_kin = ½Jω²
Das Trägheitsmoment J kann bspw. theoretisch mit Hilfe der geometrischen Maße berechnet werden. Die Winkelgeschwindigkeit ω kann bspw. durch geeignete Mittel, bspw. einen Sensor, erfasst werden.
Die potentielle Energie E_pot ist von der Stellung der Kurbelwelle 25, also dem Winkel φ abhängig. Anhand bspw. einer Kennlinie oder eines Kennfelds lässt sich die potentielle Energie E_pot für die entsprechenden Kurbelwellenwinkelstellungen φ_j ermitteln.
Die durch Reibung verbrauchte Energie ER ergibt sich aus dem Produkt des Reibmoments M_R und der Differenz der Kurbelwellenwinkelstellungen φ₁ und φ₂: E_R = M_R(φ₂ – φ₁).
Die durch die Bremswirkung der elektrischen Maschine verbrauchte Energie E_el ergibt sich aus dem Produkt des ersten elektrischen Drehmoments M₁ und der Differenz der Kurbelwellenwinkelstellungen φ₁ und φ₂: E_el = M₁(φ₂ – φ₁)
Das Reibmoment M_R wird bspw. durch das Bestimmen einer Energiebilanz im Drehzahlbereich T1 ohne elektrisches Moment bestimmt oder aber bspw. durch Messen an einem Motorenprüfstand.
Das erste elektrische Drehmoment M₁ lässt sich somit aus den anderen Größen berechnen.
Das erste elektrische Drehmoment M₁ kann bspw. auch während des Drehzahlbereichs T2, bspw. kontinuierlich oder in bestimmten zeitlichen Abständen von bspw. 10 ms, angepasst bzw. neu berechnet werden. Dadurch können Ungenauigkeiten und Fehler, die von Toleranzen u. ä. herrühren, besser ausgeglichen werden. Änderungen des Gesamtdrehmoments M₂₅ während des Drehzahlbereichs T2 können so besser reduziert werden.
Wenn die Position der Kurbelwelle 25 in einem Bereich um den oberen Totpunkt liegt, bspw. zwischen 10° vor dem oberen Totpunkt und 10° nach dem oberen Totpunkt, bewirkt eine Reduzierung des elektrischen Drehmoments M₃₀ eine Verringerung einer Amplitude des Gesamtdrehmoments M₂₅. (Vorzeichen M > 0 wenn motorisch).
Wenn die Position der Kurbelwelle 25 bspw. in einem Bereich nach dem oberen Totpunkt liegt, bspw. zwischen 20° und 160° nach dem oberen Totpunkt, bewirkt eine Erhöhung des elektrisches Drehmoment M₃₀ eine Verringerung der Amplitude des Gesamtdrehmoments M₂₅, d. h. eine Änderung des Gesamtdrehmoments M₂₅ wird reduziert und somit auch die spürbaren Schwingungen im Fahrzeug.
Hierbei ist darauf zu achten, dass das Ende des ersten Drehzahlbereichs T2 bei dem gewünschten Winkel φ2 erreicht wird.
In 3 sind beispielhaft Verläufe von Drehmomenten bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Der zeitliche Verlauf ist nach rechts angedeutet. Das obere Diagramm zeigt einen Verlauf eines elektrischen Drehmoments M₃₀ der elektrischen Maschine 30. Das untere Diagramm zeigt Verläufe von einem Gesamtdrehmoment M₂₅ und einem Gesamtdrehmoment M₂₅', welche auf die Kurbelwelle 25 wirken. Dabei beinhaltet das Gesamtdrehmoment M₂₅' das elektrische Drehmoment M₃₀, das Gesamtdrehmoment M₂₅ beinhaltet das elektrische Drehmoment M₃₀ nicht. Es ist zu sehen, dass bei einem geschickt gewählten Winkel φ der Kurbelwelle 25, bspw. zwischen 10° vor und 10° nach dem oberen Totpunkt, ein bremsendes elektrisches Drehmoment M₃₀ die Amplitude des Gesamtdrehmomentes verringert. Dies ist durch die beiden vertikalen Doppelpfeile verdeutlicht.
Im weiteren Verlauf kann das elektrische Drehmoment M₃₀ weiter angepasst werden, um eine weitere Anpassung des Gesamtdrehmoments zu bewirken.
Der zweite Drehzahlbereich T3 beginnt bei der zweiten Drehzahl n₂ und dem zweiten Winkel φ₂, also im Anschluss an den ersten Drehzahlbereich T2.
Während des Drehzahlbereichs T3 wird ein zweites elektrisches Drehmoment M₂ so gewählt, dass zum Ende des Drehzahlbereichs T3 eine dritte Drehzahl n₃ und ein dritter Winkel φ₃ erreicht werden.
Das zweite elektrische Drehmoment M₂ wird dabei zum Start des Drehzahlbereichs T3 berechnet, indem eine Energiebilanz wie für den Drehzahlbereich T2 aufgestellt wird, jedoch mit den entsprechenden Werten für Drehzahl und Winkel des Drehzahlbereichs T3: zweite Drehzahl n₂, dritte Drehzahl n₃, zweiter Winkel φ₂ und dritter Winkel φ₃.
Das zweite elektrische Drehmoment M₂ kann auch während des Drehzahlbereichs T3, bspw. kontinuierlich oder in bestimmten zeitlichen Abständen von bspw. 10 ms, angepasst werden. Ein Gradient des Gesamtdrehmoments M₂₅ während des Drehzahlbereichs T3 kann so besser reduziert werden. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass das Ende des zweiten Drehzahlbereichs T3 bei dem gewünschten Winkel φ₃ erreicht wird. Das in 2 dargestellte zweite elektrische Drehmoment M₂ ändert sich im zeitlichen Verlauf des Drehzahlbereichs T3.
In einer bevorzugten Ausgestaltung soll die Drehzahl n₃ Null sein, d. h. die Brennkraftmaschine soll am Ende des Drehzahlbereichs T3 im Stillstand sein, und der Winkel φ₃ soll bspw. bei 90° nach dem oberen Totpunkt liegen (nicht in 2 dargestellt). Dieser Winkel φ₃ sollte innerhalb einer Umdrehung der Kurbelwelle 25 erreicht werden. Wenn der Winkel bei 90° nach dem oberen Totpunkt liegt, sind die Gaskräfte in der Brennkraftmaschine soweit ausgeglichen, dass die Brennkraftmaschine stillsteht, ohne dass dazu ein elektrisches Drehmoment nötig ist. Es kann vorgesehen sein, gezielt unterschiedliche Gasverhältnisse in den Zylindern beim Auslaufen zu verursachen, so dass eine andere ausgeglichene Kurbelwinkelstellung existiert, die als Kurbelwellenwinkelstellung φ₃ erwünscht wird.
Jedoch ist dies abhängig von der elektrischen Maschine 30. Wenn das benötigte zweite elektrische Drehmoment von der elektrischen Maschine 30 nicht umsetzbar ist, bspw. aufgrund zu geringer Leistungsfähigkeit, so ist ein dritter Drehzahlbereich T4 nötig. Der Drehzahlgrenzwert n₃ sollte dann so gewählt werden, dass dieser möglichst gering ist, abhängig von der verfügbaren Leistung der elektrischen Maschine 30. Die Kurbelwellenwinkelstellung φ₃ sollte so gewählt werden, dass im folgenden Drehzahlbereich T4 ein bevorzugter Winkel erreicht werden kann.
Der dritte Drehzahlbereich T4 beginnt bei dem Drehzahlgrenzwert n₃ und der Kurbelwellenwinkelstellung φ₃, d. h. im Anschluss an den Drehzahlbereich T3.
Während des Drehzahlbereichs T4 wird das elektrische Drehmoment M₃₀ auf Null gestellt. Zum Ende des Drehzahlbereichs T4 sollen die Drehzahl Null, d. h. Stillstand der Brennkraftmaschine 20, und eine erwünschte Kurbelwellenwinkelstellung φ₄ erreicht werden. Die Kurbelwellenwinkelstellung φ₄ soll bspw. bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine bei 90° nach dem oberen Totpunkt liegen. Wenn der Winkel bei 90° nach dem oberen Totpunkt liegt, sind die Gaskräfte in der Brennkraftmaschine soweit ausgeglichen, dass die Brennkraftmaschine stillsteht, ohne dass dazu ein elektrisches Drehmoment nötig ist.
Das Abbremsen der Brennkraftmaschine 20 erfolgt hier nur noch durch das Reibmoment. Die Kurbelwellenwinkelstellung φ₃ und der Drehzahlgrenzwert n₃ müssen im vorausgehenden Drehzahlbereich T3 so gewählt werden, dass die Kurbelwellenwinkelstellung φ₄ alleine durch das Reibmoment erreicht wird.
Dadurch wird ein Zurückpendeln der Brennkraftmaschine 20 am Ende des Abstellvorgangs unterbunden, was eine besonders unangenehme Schwingung für Insassen in dem Fahrzeug wäre.
Die Berechnung des benötigten elektrischen Drehmoments M₃₀ und die Vorgabe an die elektrische Maschine 30 kann einem Steuergerät, bspw. dem Steuergerät 80 erfolgen, wenn alle nötigen Informationen direkt in diesem Steuergerät vorliegen.
Es ist aber auch denkbar, dass einige der benötigten Informationen, wie bspw. der Winkel φ der Kurbelwelle oder die Drehzahl n in einem weiteren Steuergerät, bspw. einem Steuergerät, das für eine Ansteuerung der Brennkraftmaschine 20 eingerichtet ist, vorliegen. In diesem Fall sollte eine Laufzeit, die eine Übertragung der Informationen von dem weiteren Steuergerät an das Steuergerät für die elektrische Maschine benötigt, berücksichtigt werden. Dazu werden Winkel φ und Drehzahl n für einen späteren Zeitpunkt vorausberechnet, indem eine konstante Drehzahl angenommen wird.
Ebenso ist es auf eine solche Art möglich, eine Zeitdauer mit einzuberechnen, die benötigt wird, bis ein vorgegebenes elektrisches Drehmoment tatsächlich von der elektrischen Maschine umgesetzt wird (sog. Übertragungsfunktion).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10123037 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Abstellen einer Brennkraftmaschine (20) in einem Fahrzeug, welches eine Brennkraftmaschine (20) mit einer Kurbelwelle (25) und eine elektrische Maschine (30), die über eine Wirkverbindung (26) mit der Kurbelwelle (25) verbunden ist, aufweist, wobei ein erstes elektrisches Drehmoment (M₁) durch die elektrische Maschine (30) auf die Kurbelwelle (25) ausgeübt wird, wenn sich eine Drehzahl der Kurbelwelle (25) in einem ersten Drehzahlbereich (T2) befindet, der unterhalb einer Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine (20) liegt, wobei das erste elektrische Drehmoment (M₁) in Abhängigkeit von einem oberen Drehzahlgrenzwert (n₁) des ersten Drehzahlbereichs (T2), einem unteren Drehzahlgrenzwert (n₂) des ersten Drehzahlbereichs (T2), einer ersten Kurbelwellenwinkelstellung (φ₁) an dem oberen Drehzahlgrenzwert (n₁) und einer erwünschten zweiten Kurbelwellenwinkelstellung (φ₂) an dem unteren Drehzahlgrenzwert (n₁) vorgegeben wird, so dass der untere Drehzahlgrenzwert (n₂) von der Kurbelwelle (25) in der erwünschten zweiten Kurbelwellenwinkelstellung (φ₂) erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste elektrische Drehmoment (M1) durch die elektrische Maschine (30) auf die Kurbelwelle (25) ausgeübt wird, sobald die Drehzahl der Brennkraftmaschine (20) den oberen Drehzahlgrenzwert (n₁) des ersten Drehzahlbereichs (T2) erreicht oder unterschritten hat und die Kurbelwelle (25) die erste Kurbelwellenwinkelstellung (φ₁) erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste elektrische Drehmoment (M1) durch die elektrische Maschine (30) auf die Kurbelwelle (25) ausgeübt wird, bis die Drehzahl der Brennkraftmaschine (20) den unteren Drehzahlgrenzwert (n₂) des ersten Drehzahlbereichs (T2) erreicht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste elektrische Drehmoment (M1) so vorgegeben wird, dass ein Gradient eines Gesamtdrehmoments (M₂₅), welches sich zumindest aus einem Drehmoment (M₂₀) der Brennkraftmaschine (20) und dem ersten elektrischen Drehmoment (M1) zusammensetzt, innerhalb eines vorgegebenen Intervalls liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine (20) ein mit der Kurbelwelle (25) verbundenes Zweimassenschwungrad (40) aufweist, wobei in dem ersten Drehzahlbereich (T2) eine Resonanzdrehzahl des Zweimassenschwungrads (40) liegt, bei der eine Anregung des Zweimassenschwungrads (40) zu einer resonanten Schwingung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der obere Drehzahlgrenzwert (n₁) des ersten Drehzahlbereichs (T2) zwischen der Leerlaufdrehzahl und der Resonanzdrehzahl plus 200 min^–1 liegt und/oder wobei der untere Drehzahlgrenzwert zwischen der Resonanzdrehzahl minus 200 min^–1 und einer Drehzahl, von der aus die Brennkraftmaschine in höchstens einer halben Kurbelwellenumdrehung gestoppt werden kann, liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in einem zweiten Drehzahlbereich (T3), der sich unterhalb an den ersten Drehzahlbereich (T2) anschließt, ein zweites elektrisches Drehmoment (M2) durch die elektrische Maschine (30) auf die Kurbelwelle (25) ausgeübt wird, wobei das zweite elektrische Drehmoment (M₂) in Abhängigkeit von einem unteren Drehzahlgrenzwert (n₃) des zweiten Drehzahlbereichs (T2) und einer erwünschten dritten Kurbelwellenwinkelstellung (φ₃) an dem unteren Drehzahlgrenzwert (n₃) des zweiten Drehzahlbereichs (T2) vorgegeben wird, so dass der untere Drehzahlgrenzwert (n₃) des zweiten Drehzahlbereichs (T2) von der Kurbelwelle (25) in der erwünschten dritten Kurbelwellenwinkelstellung (φ₃) erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das zweite elektrische Drehmoment (M2) so vorgegeben wird wird, dass ein Gradient eines Gesamtdrehmoments (M₂₅), welches sich zumindest aus einem Drehmoment (M₂₀) der Brennkraftmaschine (20) und dem zweiten elektrischen Drehmoment (M2) zusammensetzt, innerhalb eines vorgegebenen Intervalls liegt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der untere Drehzahlgrenzwert (n₃) des zweiten Drehzahlbereichs (T2) Null ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei in einem dritten Drehzahlbereich (T4), der sich unterhalb an den zweiten Drehzahlbereich (T3) anschließt, kein elektrisches Drehmoment durch die elektrische Maschine (30) auf die Wirkverbindung (25, 26) ausgeübt wird, wobei ein unterer Drehzahlgrenzwert des dritten Drehzahlbereichs (T4) Null ist, und wobei die Kurbelwelle (25) den unteren Drehzahlgrenzwert des dritten Drehzahlbereichs (T4) in einer erwünschten vierten Kurbelwellenwinkelstellung (φ₄) erreicht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in einem oberen Drehzahlbereich (T1), der sich oberhalb an den ersten Drehzahlbereich (T1) anschließt und unterhalb der Leerlaufdrehzahl liegt, kein oder ein geringeres als das erste elektrische Drehmoment durch die elektrische Maschine (30) auf die Wirkverbindung (25, 26) ausgeübt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Zeitverzögerung bei der Ausübung eines elektrischen Drehmoments (M1, M2) auf die Kurbelwelle (25) bei einer Berechnung des ersten und/oder zweiten elektrischen Drehmoments (M1, M2) berücksichtigt wird.
Recheneinheit (80), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit, insbesondere nach Anspruch 13, ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 14.