DE102015202548A1 - Start-Stopp-Automatik in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Start-Stopp-Automatik für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsstruktur, durch die das Fahrzeug bei abgeschalteter Brennkraftmaschine elektrisch kriechen kann, mit einer Steuereinheit, die ein Erfassungsmodul zum Empfangen vorgegebener Betriebsparameter des Fahrzeugs, und ein Steuermodul zum Einleiten eines automatischen Abschalt- oder Anschaltvorgangs der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit der erfassten Betriebsparameter und der aktuellen Position des Fahrzeug unter Berücksichtigung vordefinierter Abschaltbedingungen oder Anschaltbedingungen umfasst, wobei das Erfassungsmodul zumindest einen vermuteten ersten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert des Kraftfahrzeugs für eine bevorstehende, automatisch einleitbare Stillstandsphase der Brennkraftmaschine empfängt, und das Steuermodul den vermuteten ersten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert für eine bevorstehende, automatisch einleitbare Stillstandsphase der Brennkraftmaschine beim Einleiten eines automatischen Abschaltvorgangs der Brennkraftmaschine berücksichtigt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Start-Stopp-Automatik für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsarchitektur, durch die das Fahrzeug bei abgeschalteter Brennkraftmaschine elektrisch kriechen kann.
  • Um Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen zu reduzieren, werden derzeit bereits in vielen Fahrzeugen Systeme eingesetzt, welche die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs unter bestimmten Voraussetzungen bzw. bei Vorliegen vorgegebener Abschaltbedingungen automatisch abschalten und bei Vorliegen vorgegebener Anschaltbedingungen bzw. Einschaltaufforderungen automatisch wieder anschalten. Derartige Verfahren und Systeme bzw. Start-Stopp-Einrichtungen sind vor allem für den Stadtverkehr zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs geeignet, da im Stadtverkehr das Fahrzeug oft an Ampeln oder aufgrund des Verkehrs zum Stehen kommt und der Betrieb der Brennkraftmaschine nicht erforderlich ist.
  • So ist aus der DE 101 61 343 A1 eine automatische Stopp- und Anlasssteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor bekannt, wobei die Steuervorrichtung entsprechende Maßnahmen zum Abschalten des Verbrennungsmotors vornimmt, wenn alle genannten Abschaltbedingungen erfüllt sind. Beispielsweise muss die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter einem vorgegebenen Grenzwert liegen und bei Handschaltgetrieben darf kein Gang eingelegt sein.
  • Bei Nutzung einer oben genannten Start-Stopp-Automatik kann es in bestimmten Situationen vorkommen, dass der Motor automatisch abgeschaltet wird, obwohl die Haltephase nur sehr kurz ist. Viele Fahrer versuchen deshalb, bei derartigen Situationen durch eine geeignete Betriebsstrategie des Fahrzeugs (z. B. bei Fahrzeug mit Automatikgetriebe kontinuierlicher Wechsel zw. Stillstands- und Kriechphasen, bei Handschaltgetrieben Treten der Kupplung) ein automatisches Abschalten der Brennkraftmaschine zu verhindern.
  • Weiter sind bereits Fahrzeuge mit einer hybriden Antriebsarchitektur, bestehend aus einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine als Antriebsmaschinen bekannt, wobei das Fahrzeug zumindest in bestimmten Betriebssituationen rein elektrisch fahren kann. So kann die Antriebsarchitektur derart ausgestaltet sein, dass das Kraftfahrzeug bei abgeschalteter Brennkraftmaschine elektrisch kriechen kann. Dies ist beispielsweise im Stop-and-Go-Verkehr oder vor Ampeln sinnvoll und kann zu erheblicher Kraftstoffeinsparung führen.
  • Weiter ist aus der DE 10 2010 003 753 A1 eine Start-Stopp-Automatik bekannt, die mit einem Navigationsgerät zum Empfang von Daten (Position des Fahrzeugs und/oder Zielführung und/oder aus vorangegangenen Fahrten ermittelten Stillstandzeiten an bestimmten Positionen) verbunden ist. Diese Daten werden beim Einleiten von automatischen Start- und Stoppvorgängen berücksichtigt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Hinblick auf das Einleiten eines automatischen Abschaltvorgangs der Brennkraftmaschine verbesserte Start-Stopp-Automatik anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Start-Stopp-Automatik nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass nicht (allein) die Dauer einer Stillstandsphase des Fahrzeugs bzw. der Brennkraftmaschine ein maßgebliches Kriterium hinsichtlich der Sinnhaftigkeit eines automatischen Abschaltvorgangs der Brennkraftmaschine darstellt, sondern vielmehr der Energieverbrauch des Fahrzeugs eine entscheidende Rolle spielt. So ist ein automatischer Abschaltvorgang der Brennkraftmaschine zu verhindern, wenn die aufgrund der abgestellten Brennkraftmaschine theoretisch eingesparte Energiemenge gegenüber der verbrauchten Energiemenge bei laufender Brennkraftmaschine nur sehr gering ist, da z. B. durch den Wiederstart der Brennkraftmaschine ebenfalls Energie benötigt wird, und zusätzlich die für den Start notwendigen Komponenten entsprechend verstärkt beansprucht werden.
  • Unter Berücksichtigung dieser Erkenntnis wird vorgeschlagen, ein Maß für die vermutlich zu verbrauchende Energiemenge des Fahrzeugs während eines Zeitraums, bei dem die Brennkraftmaschine abgeschaltet werden soll, inkl. des Energieverbrauchs für den Startvorgang zu ermitteln und diese Information entsprechend zu verarbeiten.
  • Die erfindungsgemäße Start-Stopp-Automatik gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst demnach eine Steuereinheit mit einem Erfassungsmodul zum Empfangen vorgegebener Betriebsparameter des Fahrzeugs und ggf. Informationen über die aktuelle Position des Fahrzeugs, und ein Steuermodul zum Einleiten eines automatischen Abschalt- oder Anschaltvorgangs der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit der erfassten Betriebsparameter und der aktuellen Position des Fahrzeug unter Berücksichtigung vordefinierter Abschaltbedingungen oder Anschaltbedingungen, wobei das Erfassungsmodul zumindest einen vermuteten ersten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert (des eigenen Kraftfahrzeugs) für eine bevorstehende automatisch einzuleitende bzw. einleitbare Stillstandsphase der Brennkraftmaschine (Motorstopp-Phase) empfängt, und das Steuermodul den vermuteten ersten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert beim Einleiten bzw. bei der Entscheidung zum Einleiten eines automatischen Abschaltvorgangs berücksichtigt. Der vermutete erste positionsabhängige Energie-Bedarfswert berücksichtigt vorteilhafterweise nicht nur den vermuteten Energieverbrauch während der Zeit, zu der die Brennkraftmaschine abgeschaltet ist, sondern auch den vermuteten Energieverbrauch für den anschließenden Startvorgang.
  • Vorteilhafterweise ist als vermuteter erster positionsabhängiger Energie-Bedarfswert des Kraftfahrzeugs für eine bevorstehende, automatisch einleitbare Stillstandsphase der Brennkraftmaschine ein vermuteter erster positionsabhängiger Energie-Bedarfswert des Kraftfahrzeugs für die elektrische Grundversorgung des Fahrzeugs bei abgeschalteter Brennkraftmaschine (ohne einer möglicherweise benötigten elektrischer Antriebsenergie) und die benötigte Energie für einen anschließenden automatischen Start der Brennkraftmaschine empfangbar. Der Energiebedarf für die elektrische Grundversorgung des Fahrzeugs bei abgeschalteter Brennkraftmaschine umfasst demnach diejenige Energiemenge, die aufgrund der aktuellen Betriebseinstellung des Fahrzeugs (z. B. Klimaanlage, Heizung, aktive Fahrerassistenzsysteme etc.) erforderlich ist, wenn die Brennkraftmaschine abgeschaltet ist.
  • Unter der Voraussetzung, dass das Fahrzeug, in dem die erfindungsgemäße Start-Stopp-Automatik verbaut ist, eine Antriebsstruktur aufweist, durch die das Fahrzeug bei abgeschalteter Brennkraftmaschine elektrisch kriechen kann, also geringe Distanzen (z. B. im Stop-and-Go-Verkehr vor Ampeln) auch ohne verbrennungsmotorischen Antrieb überwinden kann, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Erfassungsmodul zusätzlich einen vermuteten zweiten positionsabhängigen Energiebedarfswert des Kraftfahrzeugs für ein bevorstehendes elektrisches Kriechen, insbesondere bei abgeschalteter Brennkraftmaschine empfängt, und das Steuermodul den vermuteten zweiten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert des Kraftfahrzeugs für ein bevorstehendes elektrisches Kriechen beim Einleiten bzw. bei der Entscheidung zum Einleiten eines automatischen Abschaltvorgangs der Brennkraftmaschine berücksichtigt.
  • Gemäß einer ersten Alternative kann der vermutete erste und/oder zweite positionsabhängige Energie-Bedarfswert bspw. aus in Fahrzeug gespeicherten und/oder ermittelbaren Daten und unter Berücksichtigung der aktuellen Position des Fahrzeugs gebildet und an das Empfangsmodul übertragen werden. Dabei kann auch während einer Motorstopp-Phase des Fahrzeugs der tatsächliche Energie-Bedarfswert (bestehend aus der dem Energiebedarfswert aufgrund Motorstillstand und dem Energiebedarfs aufgrund elektrischen Kriechens) während dieser Zeit ermittelt und gespeichert werden, und bei späteren Fahrten an den entsprechenden Positionen bzw. Streckenabschnitten dem Erfassungsmodul zur Verfügung gestellt werden oder unter Berücksichtigung dieser tatsächlichen Energie-Bedarfswerte und weiterer Daten der erste und/oder zweite vermutete Energie-Bedarfswert ermittelt und dem Erfassungsmodul zur Verfügung gestellt werden. Ebenso kann der vermutete erste und/oder zweite positionsabhängige Energie-Bedarfswert auch in Abhängigkeit fahrzeugexterner Daten ermittelt werden, wobei hierbei auch fahrzeuginterne Daten berücksichtigt werden können.
  • Die Ermittlung der vermuteten ersten und/oder zweiten Energie-Bedarfswerte kann demnach in einer fahrzeuginternen Ermittlungseinheit, die Teil der Start-Stopp-Automatik sein kann, stattfinden, oder aber, insbesondere dann, wenn fahrzeugexterne Daten bei der Ermittlung zumindest teilweise eine Rolle spielen, in einer fahrzeugexternen Ermittlungseinheit vorgenommen werden. Ebenso kann zunächst eine Ermittlung eines Basiswerts für den vermuteten ersten und/oder zweiten Energie-Bedarfswert in einer fahrzeugexternen Ermittlungseinheit stattfinden und die endgültige Ermittlung des vermuteten ersten und/oder zweiten positionsabhängigen Energie-Bedarfswertes in Abhängigkeit des fahrzeugextern ermittelten Basiswertes fahrzeugintern erfolgen.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann zum Empfangen eines fahrzeugextern ermittelten ersten und/oder zweiten positionsabhängigen Energie-Bedarfswertes für eine automatisch einzuleitende Stillstandsphase der Brennkraftmaschine eine Steuereinheit des Fahrzeugs (insbesondere die Steuereinheit der Start-Stopp-Automatik) mit einer fahrzeugexternen Speichereinheit (z. B. einem Datenserver) koppelbar sein, so dass die Steuereinheit von der fahrzeugexternen Speichereinheit zumindest einen fahrzeugextern ermittelten ersten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert für eine bevorstehende automatisch einzuleitenden Stillstandsphase der Brennkraftmaschine und/oder einen zweiten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert für eine elektrische Kriechphase empfängt, und die Steuereinheit der Start-Stopp-Automatik den fahrzeugextern ermittelten ersten und/oder zweiten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert als entsprechenden (ersten und/oder zweiten) vermuteten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert, oder einen aus dem fahrzeugextern ermittelten ersten und/oder zweiten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert ermittelten vermuteten ersten und/oder zweiten Energie-Bedarfswert beim automatischen Abschaltvorgang berücksichtigt. Wird der vermutete erste und/oder zweite positionsabhängige Energie-Bedarfswert unter Berücksichtigung eines fahrzeugextern ermittelten ersten und/oder zweiten Energie-Bedarfswertes ermittelt, so kann der daraus ermittelte vermutete erste und/oder zweite positionsabhängige Energie-Bedarfswert in einer fahrzeuginternen Ermittlungseinheit, die Teil der Start-Stopp-Automatik sein kann, ermittelt werden, und dann an die Erfassungseinheit übertragen werden.
  • Vorteilhafterweise kann zumindest ein für die Steuerung des automatischen Abschaltvorgangs relevanter vermuteter positionsabhängiger Energie-Bedarfswert aus einem (fahrzeugintern oder fahrzeugextern) ermittelten positionsabhängigen normierten Energie-Bedarfswert ermittelt werden, wobei der positionsabhängige normierte Energie-Bedarfswert angibt, wieviel Energie während einer Motorstopphase an einer bestimmten Position bzw. in einem bestimmten Streckenabschnitt ein als „Norm” definiertes Fahrzeugs vermutlich verbrauchen würde.
  • Um einen möglichst guten bzw. aussagekräftigen positionsabhängigen ersten normierten Energie-Bedarfswert ermitteln und bereitstellen zu können, wird der erste positionsabhängige normierte Energie-Bedarfswert durch (statistische) Auswertung ermittelter tatsächlicher erster Energie-Bedarfswerte für automatisch eingeleitete Stillstands- bzw. Stopp-Phasen von Brennkraftmaschinen (sog. MSA-Stopp) an einer entsprechenden Position von beliebig vielen Verkehrsteilnehmern ermittelt. Analog zur Ermittlung des ersten normierten Energie-Bedarfswertes kann auch der zweite positionsabhängige normierte Energie-Bedarfswert durch (statistische) Auswertung ermittelter tatsächlicher zweiter Energie-Bedarfswerte für elektrische Kriechphasen (bei abgeschalteten Brennkraftmaschinen) an einer entsprechenden Position bzw. einem relevanten Streckenabschnitt von beliebig vielen Verkehrsteilnehmern ermittelt werden. Ebenso kann der zweite normierte Energie-Bedarfswert auch unter Berücksichtigung von Kriechphasen konventioneller Fahrzeuge (also beim verbrennungsmotorischen Kriechen) ermittelt werden. Bei der Ermittlung können zusätzlich auch fahrzeugspezifische und/oder nutzungsspezifische Daten derjenigen Verkehrsteilnehmer, deren tatsächliche erste und/oder zweite Energie-Bedarfswerte ausgewertet werden, berücksichtigt werden.
  • Vorteilhafterweise erfolgt dabei zunächst lokal in jedem Fahrzeug eine fahrzeuginterne Berechnung bzw. Ermittlung des tatsächlichen Energiebedarfs bzw. der Standenergie und/oder Kriechenergie bei automatisch abgeschalteter Brennkraftmaschine (inkl. Start). Diese tatsächlichen Energiebedarfe können dann an eine fahrzeugexterne zentrale Speichereinheit übertragen werden, welche dann aus der Vielzahl der vorliegenden tatsächlichen Energie-Bedarfswerte oder den bereits in den Fahrzeugen entsprechend fahrzeugnormierten Energie-Bedarfswerte einen über alle vorliegenden Daten normierten ersten und/oder zweiten Energie-Bedarfswert ermittelt. Dabei können die fahrzeugspezifischen und/oder nutzungsspezifischen Daten entweder direkt bei der Ermittlung der Standenergie und/oder Kriechenergie im jeweiligen Fahrzeug oder erst später bei der Ermittlung der jeweiligen normierten Energie-Bedarfswerte berücksichtigt werden, so dass letztendlich ein allgemein gültiger fahrzeug- und nutzungsnormierter erster und/oder zweiter Energie-Bedarfswert vorliegt.
  • Aus dem positionsabhängigen normierten ersten Energie-Bedarfswert kann vorteilhafterweise der vermutete erste positionsabhängige Energie-Bedarfswert des maßgeblichen Kraftfahrzeugs ermittelt werden, indem entweder direkt der normierte erste Energie-Bedarfswert als vermuteter erster Energie-Bedarfswert festgelegt wird, oder indem der vermutete erste Energie-Bedarfswert aus dem normierten ersten Energie-Bedarfswert unter Berücksichtigung weiterer Daten, welche hinsichtlich der Standenergie des maßgeblichen Fahrzeugs eine Rolle spielen (z. B. Motorsierung des Fahrzeugs, Sonderausstattung, aktive Energie-Verbraucher, Wetter, Uhrzeit, ...), ermittelt wird. Analog hierzu kann auch aus dem positionsabhängigen normierten zweiten Energie-Bedarfswert der vermutete zweite positionsabhängige Energie-Bedarfswert des maßgeblichen Kraftfahrzeugs ermittelt werden, indem entweder direkt der normierte zweite Energie-Bedarfswert als vermuteter zweiter Energie-Bedarfswert festgelegt wird, oder indem der vermutete zweite Energie-Bedarfswert aus dem normierten zweiten Energie-Bedarfswert unter Berücksichtigung weiterer Daten, welche hinsichtlich der Standenergie bzw. Kriechenergie des maßgeblichen Fahrzeugs eine Rolle spielen, ermittelt wird.
  • Dieser vermutete positionsabhängige erste und/oder zweite Energie-Bedarfswert kann vorteilhafterweise beim automatischen Abschaltvorgang derart berücksichtigt werden, dass das Steuermodul die Summe aus den zur aktuellen Position des Kraftfahrzeugs empfangenen vermuteten ersten und zweiten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert oder einen daraus abgeleiteten Wert mit einem vorgegebenen Energie-Bedarfs-Grenzwert vergleicht und in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs einen automatischen Abschaltvorgang zulässt oder unterbindet. Insbesondere kann das Steuermodul einen automatischen Abschaltvorgang zulassen und einleiten (wenn alle sonstigen Abschaltbedingungen erfüllt sind), wenn der die Summen aus den empfangenen ersten und zweiten vermutete Energie-Bedarfswert kleiner als der vorgegebene Energie-Bedarfs-Grenzwert ist. Alternativ kann zunächst auch ausgewertet werden, ob aufgrund des aktuellen Energie-Vorrats des Kraftfahrzeugs grundsätzlich ein elektrisches Kriechen möglich ist, und wenn ja, ob der vermutete Energie-Bedarf für das elektrische Kriechen bereitgestellt werden kann. Ist ohnehin kein elektrisches Kriechen möglich, kann auch lediglich der vermutete erste positionsabhängige Energie-Bedarfswert bei der Entscheidungsfindung derart berücksichtigt werden, dass das Steuermodul den zur aktuellen Position des Kraftfahrzeugs empfangenen ersten vermuteten Energie-Bedarfswert mit einem vorgegebenen zweiten Energie-Bedarfsgrenzwert vergleicht und in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs einen automatischen Abschaltvorgang zulässt oder unterbindet.
  • Um Abschätzen zu können, ob aus energetischer Sicht ein Abschalten der Brennkraftmaschine am aktuellen Ort sinnvoll erscheint, ist der Energie-Bedarfs-Grenzwert ein vermuteter Energie-Bedarfswert des Kraftfahrzeugs im Stillstand, oder bei Berücksichtigung der Möglichkeit eines elektrischen Kriechens für einen definierten Streckenabschnitt, und/oder bei angeschalteter Brennkraftmaschine, ggf. unter Berücksichtigung eines Sicherheitsaufschlags zur Berücksichtigung eines erhöhten Verschleißes bestimmter am Start- oder Stoppvorgang der Brennkraftmaschine beteiligter Komponenten (z. B. Starter).
  • Analog zur Ermittlung des normierten ersten und/oder zweiten Energie-Bedarfswertes während eines Motorstopps aus den tatsächlichen Energie-Bedarfswerten vorangegangener Stopp- bzw. Kriechphasen und unter Berücksichtigung fahrzeug- und nutzungsspezifischer Daten kann der vermutete Energie-Bedarfswert des Kraftfahrzeugs im Stillstand bei angeschalteter Brennkraftmaschine ebenfalls unter Berücksichtigung aktiver Energieverbraucher des Kraftfahrzeugs im Stillstand (bzw. beim elektrischen Kriechen) und/oder unter Berücksichtigung der maßgeblichen Stillstandsposition bzw. Streckenabschnittsposition und Dauer, des Kraftfahrzeugs ermittelt werden.
  • Neben der erfindungsgemäßen Start-Stopp-Automatik ist ein zweiter Aspekt der Erfindung auf eine Übertragungseinheit in einem Kraftfahrzeug zur Übertragung vorgegebener Betriebsdaten an eine fahrzeugexterne Speichereinheit gerichtet, wobei die Übertragungseinheit derart ausgestaltet ist, dass diese einen ermittelten tatsächlichen ersten Energie-Bedarfswert für eine automatisch eingeleitete Stillstandsphase der Brennkraftmaschine an einer definierten Position (inkl. benötigter Startenergie) und/oder einen ermittelten tatsächlichen zweiten Energie-Bedarfswert für eine elektrische Kriechphase auf einen definierten Streckenabschnitt überträgt. Vorteilhafterweise kann diese Übertragungseinheit zusätzlich fahrzeugspezifische (z. B. Motorisierung des Fahrzeugs, Ausstattung des Fahrzeugs) und/oder nutzungsspezifische Daten (z. B. Anzahl der Insassen, Anzahl oder Nennung der aktiven elektrischen Verbraucher), die zum Zeitpunkt der Stillstandsphase der Brennkraftmaschine bzw. zum Zeitpunkt der elektrischen Kriechphase vorlagen, an die fahrzeugexterne Speichereinheit übermitteln.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung ist auf eine stationäre Speichereinheit zum Empfangen und Weiterverarbeiten vorgegebener Betriebsdaten von Kraftfahrzeugen und zum Senden von Daten an Kraftfahrzeuge gerichtet, wobei die Speichereinheit derart ausgestaltet ist, dass die von Kraftfahrzeugen tatsächlichen ersten Energie-Bedarfswerte während einer automatisch eingeleiteten Stillstandsphase der Brennkraftmaschine und/oder die von Kraftfahrzeugen tatsächlichen zweiten Energie-Bedarfswerte für elektrische Kriechphasen an einer definierten Position bzw. bei definierten Streckenabschnitten empfangbar, durch Auswertung der empfangenen tatsächlichen Energie-Bedarfswerte positionsabhängige normierte Energie-Bedarfswerte ermittelbar und an Kraftfahrzeuge übertragbar sind.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
  • 1 ein Energie-Bedarfs-Diagramm zur Darstellung der benötigten elektrischen Energie bei angeschalteter Brennkraftmaschine,
  • 2 ein Energie-Bedarfs-Diagramm zur Darstellung der benötigten elektrischen Energie beim elektrischen und verbrennungsmotorischen Kriechen,
  • 3 ein Energie-Bedarfs-Diagramm zur Darstellung der benötigten elektrischen Energie bei abgeschalteter Brennkraftmaschine und elektrischem Kriechen,
  • 4 eine grobe Darstellung zum Datenaustausch zwischen Fahrzeugen und einer stationären Speichereinheit, und
  • 5 eine erfindungsgemäße Ausführung einer Steuereinheit einer Start-Stopp-Automatik.
  • Wie bereits oben ausgeführt wurde, basiert die Entscheidung, ob ein automatischer Abschaltvorgang der Brennkraftmaschine zugelassen werden soll, im Wesentlichen darauf, die durchschnittliche Standenergie, d. h. den elektrischen Energiebedarf des Gesamtfahrzeugs (d. h. des Motor- und Karosserie-Systems) im Zustand Motor-Stopp (kein Generatorbetrieb) und beim elektrischen Kriechen auf einem Streckenabschnitt zu lernen und darauf basierend einen Energie-Erwartungswert für die Stillstands- und Kriechphasen auf diesem Streckenabschnitt abzuleiten.
  • Als Vergleichsbasis für die weiter unten aufgeführte Entscheidung dient der elektrische Energieverbrauch für den Fall, dass kein Motorstopp erfolgt. In erster Näherung setzt sich dieser Energieverbrauch aus dem Bedarf für den Betrieb der Brennkraftmaschine und der Versorgung der elektrischen Verbraucher zusammen. Die langsamen Fahrten (Kriechen) im Stop-and-Go-Verkehr – beispielsweise vor einer Ampel – werden durch den Verbrennungsmotor bedient. Eine Darstellung des elektrischen Energieverbrauchs bei laufendem Motor zeigt 1.
  • Dem gegenüber steht der elektrische Energieverbrauch bei abgestellter Brennkraftmaschine (im Zustand Motor-Stopp) inkl. des anschließenden Motorstarts. 2 skizziert beispielhaft den Energiebedarf bei einer Kombination aus elektrischem und verbrennungsmotorischem Kriechen. 3 zeigt im Gegensatz dazu den elektrischen Energiebedarf bei rein elektrischem Kriechen. Ein Vergleich des Energiebedarfs bei 2 mit dem Energiebedarf bei 3 zeigt, dass der elektrische Energiebedarf unterschiedlich ist, d. h. es werden verschiedene Energiemengen benötigt, welche durch eine entsprechende Betriebsstrategie koordiniert werden müssen. Beim verbrennungsmotorischen Kriechen muss zudem zwischen Handschaltgetriebe und Automatikgetriebe unterschieden werden, da bei Handschaltgetrieben zum Einkuppeln des Gangs ein Hochdrehen der Brennkraftmaschine notwendig ist. Hieraus resultiert unter Umständen eine fahrerabhängige Komponente, welche gegebenenfalls ebenfalls berücksichtigt werden müsste.
  • Die 4 zeigt eine stationäre Speichereinheit (auch Backendserver genannt) StSE, welche derart ausgestaltet ist, dass sie verschiedene Betriebsdaten von Fahrzeugen F1, F2, Fx und EGO empfangen und Daten an Kraftfahrzeuge EGO senden kann. Im Detail kann die stationäre Speichereinheit StSE von verschiedenen Fahrzeugen F1, F2, Fx und EGO positionsabhängige tatsächliche erste Energiebedarfswerte EMSA für die Grundversorgung des Fahrzeugs bei automatisch eingeleiteter Stillstandsphase der Brennkraftmaschine (inkl. dem Energiebedarf für den anschließenden Motorstart) und positionsabhängige tatsächliche zweite Energiebedarfswerte EeK für elektrische Kriechphase empfangen, welche von den Fahrzeugen F1, F2, Fx und EGO immer dann ausgesendet werden, nachdem eine entsprechende Stillstandsphase der jeweiligen Brennkraftmaschine oder eine elektrische Kriechphase innerhalb eines definierten Streckenabschnitts abgeschlossen ist. Zusätzlich zu den ersten und zweiten Energie-Bedarfswerten EMSA und EeK werden die dazugehörige Position pos, sowie fahrzeugspezifische Daten fzD und nutzungsspezifische Daten nsD, welche zum Zeitpunkt des Stillstands der Brennkraftmaschine bzw. zum Zeitpunkt der elektrischen Kriechphase vorlagen, übermittelt. Die fahrzeugspezifischen Daten fzD beinhalten dabei z. B. Informationen über die Motorisierung und/oder die Ausstattung des Fahrzeugs, wohingegen die nutzungsspezifischen Daten nsD z. B. Informationen über Anzahl der Insassen im Fahrzeug und/oder die Anzahl bzw. Art der aktiven elektrischen Verbraucher während des Motorstopps enthalten. Zusätzlich (hier aber nicht dargestellt) können auch wichtige, zum Zeitpunkt des Motorstopps vorliegende Umweltparameter, wie z. B. Verkehrslage und/oder Wetterlage an die stationäre Speichereinheit StSE übermittelt werden.
  • Im Rahmen des sog. „Crowdsourcing-Verfahrens” meldet nun jedes Fahrzeug mit einer entsprechenden Übertragungseinheit die ermittelten oder gelernten Daten (fahrzeugnormierte Energiebedarfswerte oder tatsächliche Energiebedarfswert EMSA und EeK während eines Motorstopps, aktuelle Position pos, des Fahrzeugs, fahrzeugspezifische Daten fzD und nutzungsspezifische Daten nsD) an die stationäre Speichereinheit StSE. Dort werden alle Daten gesammelt und derart ausgewertet und aggregiert, um daraus zumindest einen ersten positionsabhängigen normierten Energie-Bedarfswert nEMSA(pos) für die Energie-Grundversorgung bei automatisch eingeleiteter Stillstandsphase der Brennkraftmaschine und einen zweiten positionsabhängigen normierten Energie-Bedarfswert nEeK(pos) für eine elektrische Kriechphase innerhalb eines definierten Streckenabschnitts zu generieren. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann anstelle des normierten Energie-Bedarfswertes nEMSA(pos) und nEeK(pos) für jede Position oder jeden Positionsabschnitt jeweils ein wochentags- und/oder uhrzeitbezogener normierter Energie-Bedarfswert nEMSA(pos) ermittelt werden.
  • Eine fahrzeugspezifische Normalisierung bedeutet somit, dass bspw. eine BMW 3er Limousine mit kleinem Ottomotor einen geringeren Energiewert bedingt, als ein BMW X5 mit großem Dieselmotor. Eine ausstattungsspezifische Normalisierung bedeutet, dass bspw. ein BMW 1er mit wenig Sonderausstattung einen kleineren Korrekturwert als ein 7er mit hohem Ausstattungsgrad benötigt. Eine nutzungsspezifische Normalisierung bedeutet, dass ein Fahrzeug mit nur einem Fahrer einen kleineren Korrekturwert benötigt, als ein Fahrzeug mit vier Insassen. Weiterhin werden die wichtigen, zugrundegelegten Umweltparameter, wie z. B. die Verkehrslage und/oder Wetterlage berücksichtigt. Dies erfolgt bspw. in auf den Energie- und Leistungsbedarf klassifizierten Datenkategorien. Eine Normalisierung auf die Umwelt des Fahrzeugs ist optimal.
  • Bei Bedarf oder auf Anforderung überträgt nun die stationäre Speichereinheit StSE an das mit der erfindungsgemäßen Start-Stopp-Automatik ausgestattete Fahrzeuge EGO über eine entsprechende drahtlose Verbindung (z. B. Connected Drive Verbindung) in Abhängigkeit von der Position des Fahrzeugs EGO den relevanten ersten und zweiten positionsabhängigen normierten Energie-Bedarfswert nEMSA und nEeK. Unter Berücksichtigung dieser normierten Energie-Bedarfswerte nEMSA und nEeK und weiterer relevanter Daten, wie z. B. der aktuellen Position des Fahrzeugs und sonstiger Daten (Verkehrslage und/oder Wetter) entscheidet die Auswerteeinheit der Start-Stopp-Automatik des Fahrzeugs EGO, ob ein aus Energiegesichtspunkten ein automatischer Abschaltvorgang an der entsprechenden Stelle sinnvoll erscheint und somit zugelassen wird.
  • Die 5 zeigt nun eine Steuereinheit SE_MSA einer Start-Stopp-Automatik mit einem Erfassungsmodul ErM und einem Steuermodul StM. Das Erfassungsmodul ErM erfasst zumindest einen zuvor ermittelten vermuteten ersten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert vEMSA(pos) für einen möglichen bevorstehenden Motorstopp und einen zuvor ermittelten vermuteten zweiten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert vEeK(pos) für eine mögliche bevorstehende elektrische Kriechphase. Neben diesen vermuteten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert vEMSA(pos) und vEeK(pos) kann das Erfassungsmodul ErM auch weitere relevante Betriebsparameter empfangen. Aus diesen Daten ermittelt das Erfassungsmodul einen vermuteten positionsabhängigen Gesamt-Energie-Bedarfswert vE(pos) (bspw. durch Summenbildung) und überträgt ihn an das Steuermodul StM, welche den vermuteten positionsabhängigen Gesamt-Energie-Bedarfswert vE(pos) beim Einleiten eines automatischen Abschaltvorgangs berücksichtigt.
  • Im Detail erfolgt die Berücksichtigung derart, dass das Steuermodul STM den vermuteten positionsabhängigen Gesamt-Energie-Bedarfswert vE(pos) mit einem vorgegebenen Energie-Bedarfs-Grenzwert EGW vergleicht. Ist der vermutete positionsabhängige Gesamt-Energie-Bedarfswert vE(pos) kleiner als der vorgegebene bzw. ermittelte Energie-Bedarfs-Grenzwert EGW, wird ein automatischer Abschaltvorgang zugelassen, d. h. wenn auch alle sonstigen Abschaltbedingungen MSABed erfüllt sind, sendet das Steuermodul StM ein Signal AUS an die den automatischen Abschaltvorgang der Brennkraftmaschine einleitende Aktorik. Ist der vermutete positionsabhängige Gesamt-Energie-Bedarfswert vE(pos) nicht kleiner als der vorgegebene bzw. ermittelte Energie-Bedarfs-Grenzwert EGW, wird ein automatischer Abschaltvorgang nicht zugelassen, da dies anhand der zur Verfügung stehenden Informationen aus energetischen Gründen nicht sinnvoll erscheint.
  • Die Ermittlung des vermuteten positionsabhängigen Gesamt-Energie-Bedarfswert vE(pos) kann nun entweder in der Steuereinheit SE_MSA der Start-Stopp-Automatik oder einer mit dieser Steuereinheit SE_MSA verbundenen Ermittlungseinheit E ermittelt werden. Die relevante Ermittlungseinheit E empfängt in diesem Beispiel hierzu von der fahrzeugexternen stationären Speichereinheit einen bereits dort ermittelten normierten ersten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert nEMSA(pos) für eine bevorstehende, automatisch einleitbare Stillstandsphase der Brennkraftmaschine und einen zweiten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert nEeK(pos) für eine elektrische Kriechphase. Die für die Ermittlung der vermuteten positionsabhängigen ersten und zweiten Energie-Bedarfswertes vEMSA(pos) und vEeK(pos) zuständige Ermittlungseinheit E_vEMSA(pos) ermittelt daraus unter Berücksichtigung fahrzeugspezifischer und nutzungsspezifischer Daten fzD und nsD des eigenen Kraftfahrzeugs und sonstiger Daten sD (z. B. Verkehrslage und/oder Wetterlage) den für diese Position (und Verkehrslage und/oder Wetterlage) vermuteten ersten und zweiten Energie-Bedarfswert vEMSA(pos) und vEeK(pos) für dieses Fahrzeug.
  • Weiter ermittelt oder lernt jedes Fahrzeug eine untere Energieschwelle bzw. einen Energie-Bedarfs-Grenzwert EGW, welche bei Überschreitung einen Motorstopp verhindert.
  • Als Vergleichsbasis für die Entscheidung, ob ein automatischer Abschaltvorgang zugelassen wird oder nicht, wird in der für die Ermittlung des Energie-Grenzwertes EGW zuständigen Ermittlungseinheit E_EGW der Energie-Bedarfsgrenzwert EGW unter Berücksichtigung des elektrischen Energiebedarfs für den Fall, dass kein Motorstopp erfolgt, ermittelt. In erster Näherung setzt sich dieser elektrische Energiebedarf bei laufendem Motor aus dem Bedarf für den Betrieb des Motors (inkl. einem verbrennungsmotorischen Kriechen) und der Versorgung der aktiven elektrischen Verbraucher zusammen. Dieser ermittelte Energie-Bedarfs-Grenzwert wird dann dem Steuermodul StM für die Entscheidung hinsichtlich des Einleitens eines automatischen Abschaltvorgangs zu Verfügung gestellt.
  • Durch die gelernten und berücksichtigten Standenergiewerte und die anschließende Bewertung vor Abstellen des Motors wird ein zu kurzer Motorstopp, welcher aus energetischen Gründen nicht sinnvoll ist, vermieden. Durch die Vermeidung unnötiger Motorstopp-Phasen wird ein deutlicher Komfortgewinn für den Kunden, sowie ein verbesserter Komponentenschutz vor zu schneller Alterung erreicht. Ein Vorteil der Berücksichtigung und Verarbeitung bekannter tatsächlicher Energie-Bedarfswerte während einer Motorstopp-Phase gegenüber einer reinen Stanzzeitschätzung besteht auch darin, dass weitere elektrische Energiequellen, wie z. B. ein Solardach/Photovoltaikdach oder die Restwärmenutzung mit thermoelektrischem Generator, welche auch während einer Motorstillstands-Phase wirken, in die Leistungsbilanz eingerechnet werden können.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10161343 A1 [0003]
    • DE 102010003753 A1 [0006]

Claims (11)

  1. Start-Stopp-Automatik für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsstruktur, durch die das Fahrzeug bei abgeschalteter Brennkraftmaschine elektrisch kriechen kann, mit einer Steuereinheit, die – ein Erfassungsmodul (ErM) zum Empfangen vorgegebener Betriebsparameter des Fahrzeugs, und – ein Steuermodul (StM) zum Einleiten eines automatischen Abschalt- oder Anschaltvorgangs der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit der erfassten Betriebsparameter und der aktuellen Position des Fahrzeug unter Berücksichtigung vordefinierter Abschaltbedingungen oder Anschaltbedingungen umfasst, wobei – das Erfassungsmodul (ErM) zumindest einen vermuteten ersten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert (vEMSA(pos)) des Kraftfahrzeugs (EGO) für eine bevorstehende, automatisch einleitbare Stillstandsphase der Brennkraftmaschine empfängt, und – das Steuermodul (StM) den vermuteten ersten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert (vEMSA(pos)) des Kraftfahrzeugs für eine bevorstehende, automatisch einleitbare Stillstandsphase der Brennkraftmaschine beim Einleiten eines automatischen Abschaltvorgangs der Brennkraftmaschine berücksichtigt.
  2. Start-Stopp-Automatik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als vermuteter erster positionsabhängiger Energie-Bedarfswert (vEMSA(pos)) des Kraftfahrzeugs für eine bevorstehende, automatisch einleitbare Stillstandsphase der Brennkraftmaschine ein vermuteter erster positionsabhängiger Energie-Bedarfswert (vEMSA(pos)) des Kraftfahrzeugs für die elektrische Grundversorgung des Fahrzeugs bei abgeschalteter Brennkraftmaschine inkl. der benötigten Energie für einen anschließenden automatischen Start der Brennkraftmaschine empfangbar ist.
  3. Start-Stopp-Automatik nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das Erfassungsmodul (EfM) zusätzlich einen vermuteten zweiten positionsabhängigen Energiebedarfswert (vEeK(pos)) des Kraftfahrzeugs für ein bevorstehendes elektrisches Kriechen, insbesondere bei abgeschalteter Brennkraftmaschine, empfängt, und – das Steuermodul (StM) den vermuteten zweiten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert (vEeK(pos)) des Kraftfahrzeugs für ein bevorstehendes elektrisches Kriechen beim Einleiten eines automatischen Abschaltvorgangs der Brennkraftmaschine berücksichtigt.
  4. Start-Stopp-Automatik nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vermutete erste und/oder zweite Energie-Bedarfswert des Kraftfahrzeugs (vEMSA(pos), vEeK(pos)) in Abhängigkeit erfassbarer fahrzeuginterner und/oder fahrzeugexterner Daten (nEMSA(pos), nEeK(pos), fzD, nsD, sD) ermittelbar ist, und die Ermittlung des vermuteten ersten und/oder zweiten positionsabhängigen Energie-Bedarfswertes (vEMSA(pos), vEeK(pos)) in einer fahrzeuginternen und/oder fahrzeugexternen Ermittlungseinheit (E, E_vEMSA(pos)) erfolgt.
  5. Start-Stopp-Automatik nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Steuereinheit (SE_MSA) des Fahrzeugs (EGO) mit einer fahrzeugexternen Speichereinheit (StSE) koppelbar ist und von der fahrzeugexternen Speichereinheit (StSE) zumindest ein fahrzeugextern ermittelter erster und/oder zweiter positionsabhängiger Energie-Bedarfswert (nEMSA(pos), nEeK(pos)) für eine automatisch einleitbare Stillstandsphase der Brennkraftmaschine und/oder für ein bevorstehendes elektrisches Kriechen empfangbar sind, und – das Steuermodul (StM) der Start-Stopp-Automatik den fahrzeugextern ermittelten ersten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert (nEMSA(pos)) für eine automatisch einleitbare Stillstandsphase der Brennkraftmaschine als vermuteten ersten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert (vEMSA(pos)) oder einen aus dem fahrzeugextern ermittelten ersten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert (nEMSA(pos)) ermittelten vermutlichen ersten Energie-Bedarfswert (vEMSA(pos)) beim automatischen Abschaltvorgang und/oder den fahrzeugextern ermittelten zweiten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert (nEeK(pos)) für ein bevorstehendes elektrisches Kriechen als vermuteten zweiten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert (vEeK(pos)) oder einen aus dem fahrzeugextern ermittelten zweiten positionsabhängigen Energie-Bedarfswert (nEeK(pos)) ermittelten vermutlichen ersten Energie-Bedarfswert (vEeK(pos)) beim automatischen Abschaltvorgang berücksichtigt.
  6. Start-Stopp-Automatik nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des vermuteten ersten und/oder zweiten positionsabhängigen Energie-Bedarfswertes (vEMSA(pos), vEeK(pos)) in einer fahrzeuginternen Ermittlungseinheit (E, E_vEMSA(pos)) in Abhängigkeit eines empfangenen fahrzeugextern ermittelten ersten und/oder zweiten positionsabhängigen Energie-Bedarfswertes (nEMSA(pos) nEeK(pos)) erfolgt.
  7. Start-Stopp-Automatik nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als fahrzeugextern ermittelter erster und/oder zweiter positionsabhängiger Energie-Bedarfswert ein positionsabhängiger normierter erster und/oder zweiter Energie-Bedarfswert (nEMSA(pos), nEeK(pos)) empfangbar ist.
  8. Start-Stopp-Automatik nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der positionsabhängige normierte erste Energie-Bedarfswert (nEMSA(pos)) durch Auswertung ermittelter tatsächlicher erster Energie-Bedarfswerte (EMSA(pos)) während einer automatisch eingeleiteten Stillstandsphase der Brennkraftmaschine an einer definierten Position von beliebigen Verkehrsteilnehmer (F1, F2, Fx, EGO), insbesondere unter Berücksichtigung fahrzeugspezifischer und/oder nutzungsspezifischer Daten (fzD, nsD) derjenigen Verkehrsteilnehmer (F1, F2, Fx, EGO), deren tatsächlicher erster Energie-Bedarfswert (EMSA(pos)) an einer definierten Position ausgewertet wird, und/oder der positionsabhängige normierte zweite Energie-Bedarfswert (nEeK(pos)) durch Auswertung ermittelter tatsächlicher zweiter Energie-Bedarfswerte (EeK(pos)) während des elektrischen Kriechens in einem definierten Positionsbereich von beliebigen Verkehrsteilnehmer (F1, F2, Fx, EGO), insbesondere unter Berücksichtigung fahrzeugspezifischer und/oder nutzungsspezifischer Daten (fzD, nsD) derjenigen Verkehrsteilnehmer (F1, F2, Fx, EGO), deren tatsächlicher zweiter Energie-Bedarfswert (EMSA(pos)) ausgewertet wird, ermittelt wird.
  9. Start-Stopp-Automatik nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (StM) derart ausgestaltet ist, dass diese die Summe aus den zur aktuellen Position des Kraftfahrzeugs (EGO) vermuteten ersten und zweiten positionsabhängigen Energie-Bedarfswerte (vEMSA(pos), vEeK(pos)) oder einen daraus abgeleiteter Wert mit einem vorgegebenen Energie-Bedarfs-Grenzwert (EGW) vergleicht und in Abhängigkeit des Vergleichs einen automatischen Abschaltvorgang der Brennkraftmaschine zulässt oder unterbindet.
  10. Start-Stopp-Automatik nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (StM) einen automatischen Abschaltvorgang zulässt, wenn die Summe der zur aktuellen Position des Kraftfahrzeugs (EGO) vermuteten ersten und zweiten positionsabhängigen Energie-Bedarfswerte (vEMSA(pos), vEeK(pos)) kleiner als ein vorgegebener Energie-Bedarfs-Grenzwert (EGW) ist.
  11. Start-Stopp-Automatik nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Energie-Bedarfs-Grenzwert (EGW) in Abhängigkeit eines vermuteten Energie-Bedarfswerts des Kraftfahrzeugs (EGO) bei angeschalteter Brennkraftmaschine für einen definierten Positionsbereich ermittelbar ist, wobei der vermutete Energie-Bedarfswert des Kraftfahrzeugs (EGO) bei angeschalteter Brennkraftmaschine, insbesondere unter Berücksichtigung aktiver Energieverbraucher des Kraftfahrzeugs im Stillstand und einer möglichen Kriechphase, ermittelbar ist.
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