DE102015010628A1

DE102015010628A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102015010628A1
Application number: DE102015010628.7A
Authority: DE
Inventors: Gianmarco Brunetti; Hendrik van Boxtel; Eric Janista; Lorenzo Disaro'
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2015-08-14
Publication date: 2017-02-16

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, das mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrisch betätigten Kupplung, welche eine Getriebewelle des Fahrzeugs mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbindet, ausgestattet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Bewegen der Kupplung in eine teilweise erste einrückende Position zum Ausüben eines ersten Drehmomentwerts auf die Kurbelwelle, wenn sich das Kraftfahrzeug bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor und bei in ausgerückter Position befindlicher Kupplung bewegt, – Überwachen eines Parameters, der eine Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle angibt, – Starten des Motors durch Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsraum, wenn der Parameterwert größer als ein Schwellenwert für die Winkelgeschwindigkeit ist, – Regulieren der Verbrennungsmotordrehzahl, sodass sie gleich einer Winkelgeschwindigkeit der Getriebewelle ist, – Bewegen der Kupplung in eine vollständig eingerückte Position.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs.
HINTERGRUND
Jedes Kraftfahrzeug ist bekanntlich mit einem Antriebsstrang ausgestattet, also einer Gruppe aus Komponenten und/oder Vorrichtungen, die dafür ausgelegt sind, Antriebsleistung zu erzeugen und diese auf die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs zu übertragen, um die Traktion zu erzielen, die das Kraftfahrzeug zum Bewegen benötigt.
Ein herkömmlicher Antriebsstrang umfasst einen Verbrennungsmotor (ICE), wie z. B. einen Motor mit Selbstzündung (Dieselmotor) oder einen Motor mit elektrischer Zündung (Benzinmotor), der eine Kopplung aufweist, mit der eine Antriebsachse des Kraftfahrzeugs, typischerweise die vordere Antriebsachse, gedreht wird.
Der ICE kann einen Motorblock umfassen, der mindestens einen Zylinder definiert, welcher einen Hubkolben mit einer Kopplung enthält, mit der eine Kurbelwelle gedreht wird. Das obere Ende des Zylinders ist durch einen Zylinderkopf verschlossen, der mit dem Kolben zusammenarbeitet, um einen Verbrennungsraum zu definieren. Ein Luft-Kraftstoff-Gemisch wird dem Verbrennungsraum zyklisch zugeführt und entzündet, wodurch heiße Verbrennungsgase erzeugt werden, deren Ausdehnung die Bewegung des Kolbens und damit die Drehung der Kurbelwelle herbeiführt.
Die Kurbelwelle des ICE ist mit der Antriebsachse über mehrere Zwischenkomponenten verbunden, die allgemein als Kraftübertragung bezeichnet werden und ein Getriebe sowie eine Kupplung, welche das Getriebe mit der Kurbelwelle verbindet, umfassen.
Bei dem Getriebe, auch als Zahnradgetriebe bezeichnet, handelt es sich um eine mechanische Vorrichtung, die mehrere Zahnräder zum Übertragen von Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Antriebsachse umfasst, von denen jedes ein anderes Übersetzungsverhältnis definiert. Das Getriebe kann betätigt werden, um eines dieser Zahnräder oder ein anders in Eingriff zu nehmen, wodurch das Übersetzungsverhältnis zwischen der Kurbelwelle und Rädern der Antriebsachse verändert wird. In einigen Ausführungsformen wird das Getriebe manuell vom Fahrer mithilfe eines Schalthebels bedient. In anderen Ausführungsformen wird das Getriebe automatisch durch ein elektronisches Steuergerät des Kraftfahrzeugs betätigt.
Bei der Kupplung handelt es sich um eine mechanische Vorrichtung, die bereitgestellt wird, um die Kurbelwelle selektiv vom Getriebe auszukuppeln, sodass ein Gangwechsel erfolgen kann. Die Kupplung kann eine rein mechanische Kupplung oder eine elektrisch betätigte Kupplung (E-Kupplung, engl. e-Clutch) sein.
Die E-Kupplung umfasst im Allgemeinen einen elektrischen Aktuator, der vom elektronischen Steuergerät des Kraftfahrzeugs betätigt wird. Die E-Kupplung kann vom Fahrer des Kraftfahrzeugs mit einem Kupplungspedal gesteuert werden, das zwischen einer gedrückten Position und einer gelösten Position bewegbar ist und das mit einem mit dem elektronischen Steuergerät verbundenen Positionssensor versehen ist. Wenn das Kupplungspedal gedrückt wird, betätigt das elektronische Steuergerät die Kupplung derart, dass sie die Kurbelwelle vom Getriebe auskuppelt. Wenn das Kupplungspedal gelöst wird, kehrt die Kupplung in eine Konfiguration zurück, in der die Kurbelwelle und das Getriebe eingekuppelt sind. In anderen Ausführungsformen wird die E-Kupplung vollständig vom elektronischen Steuergerät des Kraftfahrzeugs gesteuert, welches die Kupplung automatisch auskuppelt, wenn ein Gangwechsel erforderlich ist.
Zur Verringerung der Schadstoffemissionen und Steigerung der Kraftstoffeinsparungen arbeiten moderne Antriebsstränge nach einer Start- und Stopp-Segelstrategie. Die Start- und Stopp-Segelstrategie sorgt dafür, dass unter vorgegebenen für das Segeln in Frage kommenden Bedingungen des Fahrzeugs die Kupplung ausgerückt und der Motor ausgeschaltet wird, während sich das Fahrzeug bewegt (rollt). Wenn die vorgegebenen für das Segeln in Frage kommenden Bedingungen nicht mehr erfüllt sind, wie z. B. wenn der Fahrer ein Gaspedal des Fahrzeugs drückt, wird eine Strategie zum Beenden des Segelns durchgeführt, indem der Motor eingeschaltet und die Kupplung eingerückt wird.
Die Start- und Stopp-Segelstrategie weist einige Nachteile auf. Ein erster Nachteil besteht darin, dass sie die Anzahl von Startzyklen des Motors über dessen Lebensdauer hinweg erhöht, wodurch sie die Haltbarkeit einer Motoranlasservorrichtung, für gewöhnlich einer Doppelmagnetvorrichtung, senkt. Ein zweiter Nachteil ist, dass die Motoranlasservorrichtung eine geringe Leistung beim Neustart des Motors aufweist, was die Ansprechverzögerung des Motorstarts bei der Strategie zum Beenden des Segelns beeinträchtigt.
Eine Aufgabe einer Ausführungsform der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einem Antriebsstrang, der mit einer elektrisch betätigten Kupplung ausgestattet ist, die dazu fähig ist, ein Start- und Stopp-Segeln durchzuführen, bei dem Schadstoffemissionen und der Kraftstoffverbrauch des Motors verringert werden, ohne die Nachteile des Motors aus dem Stand der Technik aufzuweisen.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, dieses Ziel mit einer einfachen, rationalen und nahezu kostengünstigen Lösung zu erreichen.
KURZDARSTELLUNG
Diese und/oder andere Aufgaben werden durch die Merkmale der Ausführungsformen der Erfindung, wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben, erfüllt. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte und/oder besonders vorteilhafte Merkmale der Ausführungsformen der Erfindung aufgeführt.
Insbesondere stellt eine Ausführungsform der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs bereit, das mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrisch betätigten Kupplung, welche eine Getriebewelle des Fahrzeugs mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbindet, ausgestattet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

– Bewegen der Kupplung in eine erste teilweise einrückende Position zum Ausüben eines ersten Drehmomentwerts auf die Kurbelwelle, wenn sich das Kraftfahrzeug bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor und bei in ausgerückter Position befindlicher Kupplung bewegt,
– Überwachen eines Parameters, der eine Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle angibt,
– Starten des Motors durch Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsraum, wenn der Parameterwert größer als ein Schwellenwert für die Winkelgeschwindigkeit ist,
– Regulieren der Verbrennungsmotordrehzahl, sodass sie gleich einer Winkelgeschwindigkeit der Getriebewelle ist,
– Bewegen der Kupplung in eine vollständig eingerückte Position.

Diese Ausführungsform der Erfindung bewirkt, dass die Haltbarkeit einer Motoranlasservorrichtung erhöht und gleichzeitig die Motorstartzeit verringert wird. Eine weitere Wirkung dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Verbesserung der Ansprechverzögerung des Motorstarts bei der Strategie zum Beenden des Segelns.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind zwischen dem Schritt des Startens des Motors und dem Schritt des Regulierens der Verbrennungsmotordrehzahl die folgenden weiteren Schritte vorgesehen:

– Regulieren der Verbrennungsmotordrehzahl auf einen Drehzahlwert, der größer als eine Winkelgeschwindigkeit der Getriebewelle ist,
– Bewegen der Kupplung zu einer zweiten teilweise einrückenden Position zum Ausüben eines zweiten Drehmomentwerts auf die Kurbelwelle, wobei der zweite von der Kupplung übertragene Drehmomentwert größer als der vom Motor erzeugte Drehmomentwert ist.

Dieser Aspekt der Erfindung bewirkt, dass sichergestellt ist, dass sich die Verbrennungsmotordrehzahl und die Getriebedrehzahl innerhalb kurzer Zeit annähern. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist zwischen dem Schritt des Startens des Motors und dem Schritt des Regulierens der Verbrennungsmotordrehzahl der folgende weitere Schritt vorgesehen:

– Bewegen der Kupplung in eine dritte teilweise einrückende Position zum Ausüben eines dritten Drehmomentwerts auf die Kurbelwelle, wobei der dritte Drehmomentwert kleiner als der erste Drehmomentwert ist.

Dieser Aspekt der Erfindung bewirkt, dass ein gutes Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs möglich wird, was einen guten Fahrkomfort gewährleistet.
Gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung ist der dritte Drehmomentwert auf gleich null eingestellt, was bedeutet, dass sich die Kupplung in einer ausgerückten Position befindet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der vorgegebene Winkelgeschwindigkeitswert auf größer als der einer Resonanzfrequenz des Motors entsprechende Drehzahlwert eingestellt.
Dieser Aspekt der Erfindung bewirkt, dass eine Belastung mechanischer Komponenten des Verbrennungsmotors vermieden wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der Schritt des Regulierens der Motordrehzahl durch einen Regelungszyklus ausgeführt, welcher für jeden Motorzyklus eine Istdrehzahl des Motors mit einem Winkelgeschwindigkeitswert der Getriebewelle vergleicht.
Gemäß einem anderen Aspekt dieser Ausführungsform der Erfindung wird der Schritt des Regulierens der Verbrennungsmotordrehzahl durch einen Regelungszyklus ausgeführt, welcher ein Istdrehmoment des Verbrennungsmotors mit einem Drehmomentwert der Kupplung vergleicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Ausführungsform der Erfindung wird der Schritt des Regulierens der Verbrennungsmotordrehzahl durch einen Regelungszyklus ausgeführt, welcher eine Istdrehzahl und ein Istdrehmoment des Verbrennungsmotors mit einem Winkelgeschwindigkeitswert der Getriebewelle und einem Drehmomentwert der Kupplung vergleicht.
Ein Regelungszyklus stellt eine zuverlässige und kostengünstige Regelungsüberprüfung sicher.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung stellt ein Kraftfahrzeug bereit, das mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrisch betätigten Kupplung, welche eine Getriebewelle des Fahrzeugs mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbindet, ausgestattet ist, wobei der Motor ferner mit einem elektronischen Steuergerät ausgestattet ist, das dafür ausgebildet ist:

– die Kupplung in eine teilweise einrückende Position zum Ausüben eines ersten Drehmomentwerts auf die Kurbelwelle des Kraftfahrzeugs zu bewegen, wenn sich das Kraftfahrzeug bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor und bei in ausgerückter Position befindlicher Kupplung bewegt,
– einen Parameter zu überwachen, der eine Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle angibt,
– den Motor durch Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsraum zu starten, wenn der Parameterwert größer als ein Schwellenwert für die Winkelgeschwindigkeit ist,
– die Verbrennungsmotordrehzahl zu regulieren, sodass sie gleich einem Winkelgeschwindigkeitswert der Getriebewelle ist,
– die Kupplung in eine vollständig eingerückte Position zu bewegen.

Tatsächlich weist diese Ausführungsform der Erfindung die gleichen Wirkungen wie das oben beschriebene Verfahren auf, insbesondere jene, dass sie die Haltbarkeit einer Motoranlasservorrichtung erhöht und gleichzeitig die Motorstartzeit in Bezug auf die Startzeit des Motors bei Verwendung der Motoranlasservorrichtung verringert. Eine weitere Wirkung dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Verbesserung der Ansprechverzögerung des Motorstarts während der Strategie zum Beenden des Segelns.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mithilfe eines Computerprogramms, das einen Programmcode zum Ausführen aller Schritte des oben beschriebenen Verfahrens umfasst, und in Form eines das Computerprogramm umfassenden Computerprogrammprodukts ausgeführt werden. Das Verfahren kann ferner als elektromagnetisches Signal umgesetzt werden, wobei das Signal derart moduliert wird, dass es eine Folge von Datenbits trägt, die ein Computerprogramm zum Ausführen aller Schritte des Verfahrens wiedergibt.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs bereit, das mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrisch betätigten Kupplung, welche eine Getriebewelle des Fahrzeugs mit einer Kurbelwelle des Motors verbindet, ausgestattet ist, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:

– Mittel zum Bewegen der Kupplung in eine teilweise einrückende Position zum Ausüben eines ersten Drehmomentwerts auf die Kurbelwelle, wenn sich das Kraftfahrzeug bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor und bei in ausgerückter Position befindlicher Kupplung bewegt,
– Mittel zum Überwachen eines Parameters, der eine Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle angibt,
– Mittel zum Starten des Motors durch Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsraum, wenn der Parameterwert größer als ein Schwellenwert für die Winkelgeschwindigkeit ist,
– Mittel zum Regulieren der Verbrennungsmotordrehzahl, sodass sie gleich einem Winkelgeschwindigkeitswert der Getriebewelle ist,
– Mittel zum Bewegen der Kupplung in eine vollständig eingerückte Position.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 stellt ein mit einem Antriebsstrang ausgestattetes Kraftfahrzeug schematisch dar.
2 ist eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors, der dem Antriebsstrang aus 1 angehört.
3 ist eine schematische Darstellung des Schnitts A-A des Verbrennungsmotors aus 2.
4 ist eine schematische Darstellung einer Kupplung des Antriebsstrangs aus 1.
5 stellt ein Diagramm einer zeitlichen Veränderung eines Kupplungsdrehmoments dar, wenn das Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung betrieben wird.
6 stellt ein Diagramm einer zeitlichen Veränderung einer Motordrehzahl und einer Getriebedrehzahl dar, wenn das Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung betrieben wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Einige Ausführungsformen können ein Kraftfahrzeug 100 beinhalten, das in 1 gezeigt ist und das eine vordere Antriebsachse 101, die ein Paar von Vorderrädern 102 trägt, eine hintere Antriebsachse 103, die ein Paar von Hinterrädern 104 trägt, und einen Antriebsstrang 105, der ein Kopplung aufweist, mit der die Vorderräder 102 und/oder die Hinterräder 104 gedreht werden, umfasst.
Der Antriebsstrang 105 umfasst einen Verbrennungsmotor (ICE) 110, wie z. B. einen Dieselmotor oder einen Benzinmotor.
Der ICE 110 kann, wie in den 2 und 3 gezeigt, einen Motorblock 120 besitzen, der mindestens einen Zylinder 125 mit einem Kolben 140 definiert, wobei der Kolben 140 eine Kopplung aufweist, mit der die Kurbelwelle 145 gedreht wird. Ein Zylinderkopf 130 arbeitet mit dem Kolben 140 zusammen, um einen Verbrennungsraum 150 zu definieren.
Ein Luft-Kraftstoff-Gemisch (nicht gezeigt) wird in den Verbrennungsraum 150 eingebracht und entzündet, was zu heißen expandierenden Verbrennungsgasen führt, die zu einer Hin- und Herbewegung des Kolbens 140 führen. Der Kraftstoff wird von mindestens einem Kraftstoffinjektor 160 zur Verfügung gestellt und die Luft durch mindestens einen Einlass 210. Der Kraftstoff wird unter hohem Druck von einem Kraftstoffrohr 170, das fluidzuleitend mit einer Hochdruckpumpe 180, die den Druck des von einer Kraftstoffquelle 190 kommenden Kraftstoffs erhöht, verbunden ist, zum Kraftstoffinjektor 160 geführt. Jeder der Zylinder 125 hat mindestens zwei Ventile 215, die von einer Nockenwelle 135 betrieben werden, die sich zeitgleich mit der Kurbelwelle 145 dreht. Die Ventile 215 lassen selektiv Luft vom Einlass 210 in die Verbrennungskammer 150 und erlauben alternierend den Auslass der Abgase durch mindestens einen Auslass 220.
Die Luft kann den Lufteinlässen 210 über einen Einlasskrümmer 200 zugeführt werden. Eine Leitung 205 führt dem Einlasskrümmer 200 Umgebungsluft zu. In anderen Ausführungsformen kann eine Drosselklappe 330 gewählt werden, um den Luftstrom zum Einlasskrümmer 200 zu regeln. In weiteren Ausführungsformen wird ein System für komprimierte Luft wie beispielsweise ein Turbolader 230 mit einem Kompressor 240, der sich zusammen mit einer Turbine dreht, eingesetzt. Die Drehung des Kompressors 240 erhöht den Druck und die Temperatur der Luft in der Leitung 205 und dem Einlasskrümmer 200. Ein in der Leitung 205 enthaltener Intercooler 260 kann die Temperatur der Luft reduzieren. Die Turbine 250 dreht sich beim Einströmen der von einem Auslasskrümmer 225 kommenden Abgase, der Abgas vom Auslass 220 durch eine Serie von Leitschaufeln leitet, bevor es durch die Turbine 250 expandiert wird. Dieses Beispiel zeigt eine Turbine mit variabler Geometrie (VGT) mit einem VGT-Aktuator 290, die ausgebildet ist, um die Leitschaufeln bzw. Flügel zu bewegen, damit die Flügel das Strömen des Abgases durch die Turbine 250 ändern. In anderen Ausführungsformen kann der Turbolader 230 eine feste Geometrie haben und/oder ein Wastegate haben.
Die Abgase verlassen die Turbine 250 und werden zu einem Abgassystem 270 geführt. Das Abgassystem 270 kann ein Abgasrohr 275 aufweisen, das eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 280 hat. Abgasnachbehandlungssysteme können beliebige Vorrichtungen sein, mit denen die Zusammensetzung der Abgase geändert werden kann. Einige Beispiele von Abgasnachbehandlungssystemen 280 sind katalytische (Zwei- und Drei-Wege-)Konverter, Oxidationskatalysatoren, NOx-Fallen für den Magerbetrieb (lean NOx traps), Kohlenwasserstoffadsorber, Systeme für die selektive katalytische Reduktion (SCR) und Partikelfilter. Andere Ausführungsformen umfassen ein Abgasrückführungssystem (EGR) 300, das mit dem Auslasskrümmer 225 und dem Einlasskrümmer 200 verbunden ist. Das EGR 300 kann einen EGR-Kühler 310 aufweisen, um die Temperatur der Abgase im EGR 300 zu reduzieren. Ein EGR-Ventil 320 regelt den Fluss der Abgase im EGR-System 300.
Das Kraftfahrzeug 100 kann weiterhin ein elektronisches Steuergerät 450 aufweisen, das dazu konfiguriert ist, Signale von oder nach verschiedenen, mit dem Antriebsstrang 105 verbundenen Geräten zu senden bzw. zu empfangen. Das elektronische Steuergerät 450 kann Eingangssignale von verschiedenen, mit dem Antriebsstrang 105 gekoppelten Sensoren empfangen, beispielsweise einem Massenfluss- und Temperatursensor 340, einem Druck- und Temperatursensor 350 für den Krümmer, einem Sensor 360 für den Druck im Verbrennungsraum, Sensoren 380 für die Kühlflüssigkeits- und die Öltemperatur und/oder den zugehörigen Füllstand, einem Drucksensor 400 für den Kraftstoff, einem Nockenwellenpositionssensor 410, einem Kurbelwellenpositionssensor 420, einem Sensor 591 für die Winkelgeschwindigkeit der Getriebewelle, Sensoren 430 für den Druck und die Temperatur der Abgase und einem EGR-Temperatursensor 440. Weiterhin kann das elektronische Steuergerät 450 an verschiedene Steuergeräte Ausgangssignale ausgeben, um den Betrieb des Antriebsstrangs 105 zu steuern, beispielsweise an Kraftstoffinjektoren 160, an die Drossel 330, an das EGR-Ventil 320 und an den VGT-Aktuator 290.
Insbesondere ist das elektronische Steuergerät 450 derart angeschlossen, dass es Eingangssignale von einem Positionssensor 445 eines Gaspedals 446 empfängt, das vom Fahrer des Kraftfahrzeugs 100 zwischen einer vollständig gelösten Position und einer vollständig gedrückten Position betätigt werden kann. Basierend auf der Position des Gaspedals 446 berechnet das elektronische Steuergerät 450 die vom Fahrer geforderte Leistung und betreibt den Antriebsstrang 105 entsprechend, indem es z. B. die den Motorzylindern 125 zuzuführende Kraftstoffmenge reguliert.
Das elektronische Steuergerät 450 kann eine oder mehrere mit einem Speichersystem und einem Bussystem datenverbundene digitale Mikroprozessoreinheiten (CPUs) besitzen. Das Speichersystem kann verschiedene Speichermedien wie optische, magnetische, Festkörper- und andere nicht-flüchtige Medien besitzen. Das Bussystem kann derart ausgebildet sein, dass es analoge und/oder digitale Signale an/von den verschiedenen Sensoren und Steuergeräten sendet, empfängt und moduliert. Die CPUs sind ausgebildet, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm ausgeführt sind, abzuarbeiten, Eingangssignale vom Datenbus zu erfassen und Ausgangssignale an den Datenbus abzugeben.
Der ICE 110 ist mit der vorderen Antriebsachse 101 über ein Getriebe 550, eine Kupplung 555, welche das Getriebe 550 mit der Kurbelwelle 145 verbindet, und ein Differential 551, welche das Getriebe 550 mit der Antriebsachse 101 verbindet, gekoppelt. Dadurch kann die Drehung der Motorkurbelwelle 145 an die Räder 102 der vorderen Antriebsachse 101 übertragen werden und umgekehrt.
Bei dem Getriebe 550 (auch als Zahnradgetriebe bezeichnet) handelt es sich um eine mechanische Vorrichtung, die mehrere Zahnräder umfasst, von denen jedes ein anderes Übersetzungsverhältnis definiert. Das Getriebe kann betätigt werden, um eines dieser Zahnräder oder ein anders in Eingriff zu nehmen, wodurch das Übersetzungsverhältnis zwischen der Motorkurbelwelle 145 und den Rädern 102 verändert (geschaltet) wird. Das Getriebe 550 kann manuell vom Fahrer mithilfe eines Schalthebels bedient werden. In anderen Ausführungsformen kann das Getriebe 550 mithilfe eines elektrischen Aktuators betätigt werden. In diesem Fall kann das Getriebe 550 immer noch vom Fahrer gesteuert werden oder kann automatisch durch das elektronische Steuergerät 450 gesteuert werden.
Bei der Kupplung 555 handelt es sich um eine mechanische Vorrichtung, die bereitgestellt wird, um die Motorkurbelwelle 145 selektiv in das/vom Getriebe 550 ein- und auszukuppeln.
Gemäß der Erfindung (4) ist die Kupplung 555 eine elektrisch betätigte Kupplung (E-Kupplung) und umfasst eine mit der Kurbelwelle 145 verbundene Kupplungsscheibe 560 und eine der Kupplungsscheibe 560 entsprechende Druckplatte 570, die mit einer Getriebewelle 580 des Getriebes 550 verbunden ist. Die Druckplatte 570 ist mit einem Aktuator 590, bei dem es sich um einen elektrischen Aktuator oder einen Hydraulikzylinder handeln kann, über einen Hebel 600 und eine Druckfeder 610 verbunden, die normalerweise bewirkt, dass die Druckplatte 570 gegen die Kupplungsscheibe 560 gedrückt gehalten wird.
Der Aktuator 590 der Kupplung 555 kann durch das elektronische Steuergerät 450 des Kraftfahrzeugs 100 automatisch oder basierend auf der Position eines Kupplungspedals 565, das vom Fahrer aus einer gelösten Position in eine gedrückte Position bewegt werden kann, gesteuert werden. In letzterem Fall betätigt, wenn der Fahrer das Kupplungspedal 565 in die gedrückte Position bewegt, das elektronische Steuergerät 450 den Aktuator 590, der die Druckplatte 570 von der Kupplungsscheibe 560 abhebt, wobei er die von der Druckfeder 610 ausgeübte Kraft überwindet und die Kupplung 555 ausgerückt wird. Dahingegen deaktiviert, wenn der Fahrer das Kupplungspedal 565 löst, das elektronische Steuergerät 450 den Aktuator 590 und bewegt die von der Feder 610 ausgeübte Kraft die Druckplatte in den Kontakt mit der Kupplungsscheibe und wird die Kupplung 555 eingerückt.
Das elektronische Steuergerät 450 kann derart ausgebildet sein, dass es gemäß einer Start- und Stopp-Segelstrategie betrieben wird, wenn vorgegebene für das Segeln in Frage kommende Bedingungen erfüllt sind. In diesem Fall betätigt das elektronische Steuergerät 450 den Aktuator derart, dass der Verbrennungsmotor von der Antriebsachse entkoppelt wird, sodass sich das Kraftfahrzeug aufgrund von Trägheit bewegt. An dieser Stelle schaltet das elektronische Steuergerät den Motor aus, um den Kraftstoffverbrauch zu senken und die Schadstoffemissionen zu verbessern.
Wenn die vorgegebenen für das Segeln in Frage kommenden Bedingungen nicht mehr erfüllt sind, wie z. B. wenn der Fahrer das Gaspedal 446 des Fahrzeugs drückt, führt das elektronische Steuergerät 450 eine Strategie zum Beenden des Segelns durch, um den ICE 110 des Kraftfahrzeugs 100 zu starten.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung prüft das elektronische Steuergerät 450 zunächst, ob sich das Kraftfahrzeug 100 gemäß einer Segelbedingung bewegt, indem es feststellt, ob der Verbrennungsmotor (ICE) 110 ausgeschaltet ist und sich die Kupplung 555 in einer ausgerückten Position befindet. Wenn sich das Kraftfahrzeug gemäß einer Segelbedingung bewegt, bewegt das elektronische Steuergerät 450 die Kupplung 555 in eine erste teilwiese einrückende Position zum Ausüben eines ersten Drehmomentwerts auf die Kurbelwelle 145.
Auf diese Weise wird ein Drehmoment von der Getriebewelle 580 auf die Kurbelwelle 145 übertragen, sodass die Kurbelwelle 145 beginnt, sich zu drehen, wobei sie durch die Getriebewelle 580 betätigt wird.
In dem Beispiel von 5 wurde der erste Drehmomentwert auf gleich 100 Nm eingestellt, wobei es sich um einen angemessenen Drehmomentwert handelt, der einen guten Fahrkomfort und gleichzeitig eine zum Starten des Motors ausreichende Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle gewährleistet.
Das elektronische Steuergerät 450 überwacht einen Parameter, der einen Winkelgeschwindigkeitswert der Kurbelwelle mithilfe des Kurbelwellenpositionssensors 420 angibt.
Sobald der Parameterwert größer als ein Schwellenwert für die Winkelgeschwindigkeit ist, aktiviert das elektronische Steuergerät 450 den Kraftstoffinjektor 160, sodass dieser Kraftstoff in den Verbrennungsraum 150 zum Starten des Verbrennungsmotors (ICE) 110 einspritzt.
Der Schwellenwert für die Winkelgeschwindigkeit ist auf einen Wert eingestellt, der höher als ein einer Resonanzfrequenz des ICE entsprechender Drehzahlwert des ICE ist, um eine Belastung mechanischer Komponenten des ICE 110 zu vermeiden.
In dem Beispiel von 6 wurde der Schwellenwert für die Drehzahl auf gleich 450 U/min eingestellt, wobei es sich dabei um einen Wert handelt, der von dem Drehzahlwert, welcher der Resonanzfrequenz des ICE entspricht, weit entfernt ist.
Sobald der Verbrennungsmotor 110 gestartet wurde, reguliert das elektronische Steuergerät 450 die Motordrehzahl, sodass sie gleich einem Winkelgeschwindigkeitswert der Getriebewelle 580 ist, der mithilfe des Sensors 591 für die Getriebedrehzahl gemessen wird (4).
Gemäß einem Aspekt dieser Ausführungsform der Erfindung wird der Schritt des Regulierens der Verbrennungsmotordrehzahl durch das elektronische Steuergerät 450 unter Verwendung eines Regelungszyklus durchgeführt, indem eine Istdrehzahl des Verbrennungsmotors 110 mit einem Winkelgeschwindigkeitswert der Getriebewelle 580 verglichen wird.
Gemäß einem anderen Aspekt dieser Ausführungsform der Erfindung wird der Schritt des Regulierens der Verbrennungsmotordrehzahl durch einen Regelungszyklus ausgeführt, welcher ein Istdrehmoment des Verbrennungsmotors 110 mit einem Drehmomentwert der Kupplung 555 vergleicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Ausführungsform der Erfindung wird der Schritt des Regulierens der Verbrennungsmotordrehzahl durch einen Regelungszyklus ausgeführt, welcher eine Istdrehzahl und ein Istdrehmoment des Verbrennungsmotors 101 mit einem Winkelgeschwindigkeitswert der Getriebewelle 580 und einem Drehmomentwert der Kupplung 555 vergleicht.
Wenn die Motordrehzahl gleich der Drehzahl der Getriebewelle ist, deaktiviert das elektronische Steuergerät den Aktuator 590, sodass die Kupplung 555 in eine vollständig eingerückte Position bewegt wird.
An dieser Stelle überträgt die Kurbelwelle 145 das Drehmoment des ICE auf die Getriebewelle 580 und die Antriebsachse 110.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das elektronische Steuergerät 450 nach dem Starten des Motors die Verbrennungsmotordrehzahl auf einen Drehzahlwert regulieren, der größer als die Winkelgeschwindigkeit der Getriebewelle 580 ist, dann betätigt es den Aktuator 590, um die Kupplung 555 zu einer zweiten teilweise einrückenden Position zum Ausüben eines zweiten Drehmomentwerts auf die Kurbelwelle zu bewegen, wobei der von der Kupplung übertragene zweite Drehmomentwert größer als das vom Motor erzeugte Drehmoment ist.
Genauer ausgedrückt, ist der von der Kupplung übertragene zweite Drehmomentwert um einen vorgegebenen Drehmomentbetrag größer als das vom ICE 110 erzeugte Drehmoment. Vorzugsweise betätigt das elektronische Steuergerät 450 den Aktuator, sodass der von der Kupplung übertragene Drehmomentwert um 5% größer als das vom ICE 110 erzeugte Drehmoment ist. An dieser Stelle reguliert das elektronische Steuergerät 450 die Drehzahl des Verbrennungsmotors 110, sodass sie gleich der Winkelgeschwindigkeit der Getriebewelle 580 ist, und deaktiviert das elektronische Steuergerät 450 dann den Aktuator 590, sodass die Kupplung 555 in eine vollständig eingerückte Position bewegt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das elektronische Steuergerät 450 nach dem Starten des ICE 110 den Aktuator 590 betätigen, um die Kupplung 555 zu einer dritten einrückenden Position zum Ausüben eines dritten Drehmomentwerts auf die Kurbelwelle zu bewegen, wobei der dritte Drehmomentwert kleiner als der erste Drehmomentwert ist.
Der dritte Drehmomentwert kann gemäß einer Ausführungsform dieses Aspekts der Erfindung auf gleich null eingestellt werden, was bedeutet, dass der Aktuator 590 die Kupplung 555 in die ausgerückte Position bewegt.
An dieser Stelle reguliert das elektronische Steuergerät 450 die Drehzahl des Verbrennungsmotors 110, sodass sie gleich der Winkelgeschwindigkeit der Getriebewelle 580 ist, und deaktiviert das elektronische Steuergerät 450 dann den Aktuator 590, sodass die Kupplung 555 in eine vollständig eingerückte Position bewegt wird.
Während zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der obenstehenden Kurzdarstellung und detaillierten Beschreibung vorgestellt wurde, versteht sich, dass eine ganze Reihe von Variationen vorliegt. Es versteht sich ferner, dass es sich bei der beispielhaften Ausführungsform oder den beispielhaften Ausführungsformen lediglich um Beispiele handelt, die den Umfang, die Anwendbarkeit oder den Aufbau keinesfalls einschränken sollen. Stattdessen geben die obenstehende Kurzdarstellung und detaillierte Beschreiben dem Fachmann eine einfache Orientierungshilfe für das Umsetzen zumindest einer beispielhaften Ausführungsform an die Hand, wobei es sich versteht, dass verschiedene Änderungen an der Funktion und Anordnung von Elementen, die in einer beispielhaften Ausführungsform beschrieben werden, vorgenommen werden können, ohne vom in den beigefügten Ansprüchen und ihren rechtlichen Entsprechungen angegebenen Umfang abzuweichen.
Bezugszeichenliste

100: Kraftfahrzeug
101: vordere Antriebsachse
102: Vorderräder
103: hintere Antriebsachse
104: Hinterräder
105: Antriebsstrang
110: Verbrennungsmotor
120: Motorblock
125: Zylinder
130: Zylinderkopf
135: Nockenwelle
140: Kolben
145: Kurbelwelle
150: Verbrennungsraum
160: Kraftstoffinjektor
170: Kraftstoffrohr
180: Hochdruckpumpe
190: Kraftstoffquelle
200: Einlasskrümmer
205: Leitung
210: Einlass
215: Ventil
220: Auslass
225: Auslasskrümmer
230: Turbolader
240: Kompressor
250: Turbine
260: Intercooler
270: Abgassystem
275: Abgasrohr
280: Abgasnachbehandlungsvorrichtung
290: VGT-Aktuator
300: Abgasrückführungssystem
310: EGR-Kühler
320: EGR-Ventil
330: Drosselklappe
340: Massenfluss- und Temperatursensor
350: Druck- und Temperatursensor
360: Sensor
380: Sensor
400: Drucksensor
410: Nockenwellenpositionssensor
420: Kurbelwellenpositionssensor
430: Sensor
440: EGR-Temperatursensor
445: Positionssensor
446: Gaspedal
450: elektronisches Steuergerät
550: Getriebe
551: Differential
555: Kupplung
560: Kupplungsscheibe
565: Kupplungspedal
570: Druckplatte
580: Getriebewelle
590: Aktuator
591: Sensor für die Winkelgeschwindigkeit der Getriebewelle
600: Hebel
610: Druckfeder

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (100), das mit einem Verbrennungsmotor (110) und einer elektrisch betätigten Kupplung (555), welche eine Getriebewelle (580) des Fahrzeugs mit einer Kurbelwelle (145) des Verbrennungsmotors (110) verbindet, ausgestattet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Bewegen der Kupplung (555) in eine teilweise erste einrückende Position zum Ausüben eines ersten Drehmomentwerts auf die Kurbelwelle (145), wenn sich das Kraftfahrzeug (110) bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor (110) und bei in ausgerückter Position befindlicher Kupplung (555) bewegt, – Überwachen eines Parameters, der eine Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle (145) angibt, – Starten des Motors (110) durch Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsraum (150), wenn der Parameterwert größer als ein Schwellenwert für die Winkelgeschwindigkeit ist, – Regulieren der Verbrennungsmotordrehzahl, sodass sie gleich einer Winkelgeschwindigkeit der Getriebewelle (580) ist, – Bewegen der Kupplung (555) in eine vollständig eingerückte Position.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwischen dem Schritt des Startens des Motors und dem Schritt des Regulierens der Verbrennungsmotordrehzahl die folgenden Schritte vorgesehen sind: – Regulieren der Verbrennungsmotordrehzahl auf einen Drehzahlwert, der größer als eine Winkelgeschwindigkeit der Getriebewelle (580) ist, – Bewegen der Kupplung (555) zu einer zweiten teilweise einrückenden Position zum Ausüben eines zweiten Drehmomentwerts auf die Kurbelwelle (145), wobei der von der Kupplung übertragene zweite Drehmomentwert größer als das vom Motor erzeugte Drehmoment ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwischen dem Schritt des Startens des Motors und dem Schritt des Regulierens der Verbrennungsmotordrehzahl der folgende Schritt vorgesehen ist: – Bewegen der Kupplung (555) in eine dritte einrückende Position zum Ausüben eines dritten Drehmomentwerts auf die Kurbelwelle (145), wobei der dritte Drehmomentwert kleiner als der erste Drehmomentwert ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der dritte Drehmomentwert auf gleich null eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schwellenwert für die Winkelgeschwindigkeit auf größer als der einer Resonanzfrequenz des Motors entsprechende Drehzahlwert eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Regulierens der Verbrennungsmotordrehzahl durch einen Regelungszyklus durchgeführt wird, der eine Istdrehzahl des Regulierens des Verbrennungsmotors (110) mit einem Winkelgeschwindigkeitswert der Getriebewelle (580) vergleicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Regulierens der Verbrennungsmotordrehzahl durch einen Regelungszyklus durchgeführt wird, der ein Istdrehmoment des Verbrennungsmotors (110) mit einem Drehmomentwert der Kupplung vergleicht.
Verfahren nach Anspruch 6 und 7, wobei der Schritt des Regulierens der Verbrennungsmotordrehzahl durch einen Regelungszyklus durchgeführt wird, der eine Istdrehzahl und ein Istdrehmoment des Verbrennungsmotors (110) mit einem Winkelgeschwindigkeitswert der Getriebewelle (580) und einem Drehmomentwert der Kupplung (555) vergleicht.
Kraftfahrzeug (100), das mit einem Verbrennungsmotor (110) und einer elektrisch betätigten Kupplung (555), welche eine Getriebewelle (580) des Fahrzeugs mit einer Kurbelwelle (145) des Verbrennungsmotors (110) verbindet, ausgestattet ist, wobei der Motor ferner mit einem elektrischen Steuergerät (450) ausgestattet ist, das dafür ausgebildet ist: – die Kupplung (555) in eine teilweise einrückende Position zum Ausüben eines ersten Drehmomentwerts auf die Kurbelwelle (145) zu bewegen, wenn sich das Kraftfahrzeug (110) bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor (110) und bei in ausgerückter Position befindlicher Kupplung (555) bewegt, – einen Parameter zu überwachen, der eine Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle (145) angibt, – den Motor (110) durch Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsraum (150) zu starten, wenn der Parameterwert größer als ein Schwellenwert für die Winkelgeschwindigkeit ist, – die Verbrennungsmotordrehzahl zu regulieren, sodass sie gleich einem Winkelgeschwindigkeitswert der Getriebewelle (580) ist, – die Kupplung (555) in eine vollständig eingerückte Position zu bewegen.
Computerprogramm, umfassend einen Computercode, der zum Ausführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist.
Computerprogrammprodukt, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 10 abgelegt ist.