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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten und Stoppen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs in einem Fahrbetrieb mit positiver Geschwindigkeit in einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zum Starten und Stoppen des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs, sowie das Kraftfahrzeug mit der Vorrichtung zum Starten und Stoppen des Verbrennungsmotors.
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Mit steigenden Umweltanforderungen und Benzinpreisen rückt die Fahrzeugökonomie und -ökologie, insbesondere ein Einsparen von Treibstoff und ein Senken der Abgasemissionen, zunehmend in den Fokus der Politik, der Öffentlichkeit, der Automobilhersteller und ihrer Kunden. Immer strengere Abgasnormen werden erlassen und sind zu erfüllen.
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Es ist bekannt, zum Senken eines Treibstoffverbrauchs eines Kraftfahrzeugs den Motor des Kraftfahrzeugs beispielsweise in längeren Standphasen zum Beispiel im Stau, im stockenden Verkehr oder an einer Ampel zu stoppen und erst auf eine Motorleistungsanforderung des Fahrers hin erneut zu starten. Es besteht jedoch ein Bedarf an weiteren Maßnahmen zum Senken des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemissionen.
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Aufgabe der Erfindung ist das Angeben eines Verfahrens zum Erzielen eines weiter verringerten Kraftstoffverbrauchs und verringerter Abgasemissionen, sowie das Angeben einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens und eines Kraftfahrzeugs, in dem das Verfahren durchführbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
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Ein Verfahren zum Starten und Stoppen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs in einem Fahrbetrieb mit positiver Geschwindigkeit in einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs weist ein Bestimmen einer Geschwindigkeit einer Antriebswelle eines Getriebes des Kraftfahrzeugs, ein Bestimmen einer Zeitspanne, wobei die Zeitspanne erforderlich ist, um den Verbrennungsmotor aus einem gestoppten Zustand infolge einer Motorleistungsanforderung derart zu betätigen, dass eine Drehzahl einer mit der Antriebswelle gekoppelten Motorwelle des Verbrennungsmotors die Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes erreicht, ein Vergleichen der Zeitspanne mit einer Zielzeitspanne zum Bereitstellen einer Motorleistung, und ein Stoppen des Verbrennungsmotors, wenn die Zeitspanne kleiner als die Zielzeitspanne ist, auf.
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Das Verfahren ermöglicht es, in dem Fahrbetrieb mit positiver Geschwindigkeit beispielsweise in einer vorwärts gerichteten Hauptfahrtrichtung des Kraftfahrzeugs den Verbrennungsmotor unter gegebenen Umständen zu stoppen und später wieder in Gang zu setzen. Ziel ist es, den Verbrennungsmotor nur dann zu stoppen, wenn auf die Motorleistungsanforderung hin ein Starten des Verbrennungsmotors und ein Bereitstellen einer Antriebleistung kurzfristig, und zwar in einer für den Fahrer akzeptablen Zeitspanne bereitgestellt werden kann.
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Die für den Fahrer akzeptable Zeitspanne ist als die Zielzeitspanne in dem Verfahren vorgegeben und kann als feste Größe vordefiniert sein kann oder von verschiedenen Umständen, beispielsweise von einer Fahrweise des Fahrers, von einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs oder von einer Verkehrssituation abhängen. Insbesondere ist es denkbar, eine längere Zielzeitspanne z. B. beim Fahren mit geringen Geschwindigkeiten im stockenden Verkehr zuzulassen, während in einem Stadtverkehr mit Überholvorgängen eine kurze Zielzeitspanne schnelle Fahrzeugreaktionen garantiert.
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Der Motor kann ein beliebiges Antriebsaggregat, beispielsweise ein Benzin- oder Dieselmotor sein.
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Die Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes kann im Verfahren beispielsweise gemessen, geschätzt oder berechnet werden. Sie kann in Umdrehungen pro Minute (revolutions per minute, RPM) angegeben werden.
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Insbesondere ist die Geschwindigkeit der Antriebswelle als aktuelle, gegenwärtige Geschwindigkeit der Antriebswelle zu verstehen, die maßgeblich für den gegenwärtigen Zustand des Kraftfahrzeugs und insbesondere die aktuell zur Verfügung gestellte Motordrehzahl im Wesentlichen in dem Moment ist, in dem das Verfahren durchgeführt wird. Insbesondere liegt dem Verfahren die Überlegung zugrunde, dass durch das mögliche Stoppen des Verbrennungsmotors diese Motordrehzahl aufgegeben wird und nach einem erneuten Starten möglichst schnell wieder einzustellen ist.
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Die dafür benötigte Zeitspanne wird im Verfahren bestimmt, berechnet und/oder geschätzt. Beim Bestimmen der Zeitspanne wird unterstellt, dass der Verbrennungsmotor in einem gestoppten Zustand ist, in dem die Motorwelle eine Drehzahl von 0 RPM oder jedenfalls eine sehr geringe Drehzahl aufweist. Dabei wird unterstellt, dass in diesem gestoppten Zustand eine Motorleistungsanforderung beispielsweise eines Fahrers oder eines Autopiloten auftritt, wobei entsprechend der Motorleistungsanforderung in möglichst kurzer Zeit eine bestimmte Motorleistung bereitzustellen ist.
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Da eine möglicherweise geforderte Motorleistung zum Zeitpunkt der Durchführung des Verfahrens möglicherweise nicht bekannt ist, wird hierfür die im Moment der Durchführung des Verfahrens vorliegende Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes als Anforderungsgröße unterstellt. Dies gewährleistet einen gleichmäßigen Fahrbetrieb auch über ein mögliches Stoppen des Verbrennungsmotors hinweg.
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Im Verfahrensschritt des Bestimmens der Zeitspanne wird die Zeitspanne daher so bestimmt, dass ausgehend von einem gestoppten Zustand des Motors die aktuell vorliegende Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes zu erreichen ist. Die hierfür benötigte Zeitspanne wird in dem Verfahrensschritt beispielsweise aufgrund von Kenngrößen des Fahrzeugs bestimmt.
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Insbesondere können für einen bestimmten Fahrzeugtyp Versuchsreihen durchgeführt werden, denen die benötigte Zeitspanne zu entnehmen ist und deren Ergebnisse z. B. in Korrelationstabellen gespeichert werden. Diese Korrelationstabellen können im Verfahren zur Bestimmung der Zeitspanne verwendet werden.
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Im Schritt des Vergleichens der Zeitspanne mit der Zielzeitspanne kann somit festgestellt werden, ob nach einem Stoppen des Verbrennungsmotors die geforderte Motorleistung innerhalb der akzeptablen Zeitspanne bereitgestellt werden kann. Dies ist dann der Fall, wenn die Zeitspanne kleiner als die Zielzeitspanne ist.
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Demzufolge wird der Verbrennungsmotor gemäß dem Verfahren nur dann gestoppt, wenn die Zeitspanne kleiner als die Zielzeitspanne ist, wenn also sichergestellt ist, dass die geforderte Motorleistung bzw. die gegenwärtig vorliegende Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes innerhalb der für den Fahrer akzeptablen Zeitspanne bereitgestellt werden kann.
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Ein Stoppen des Verbrennungsmotors wird somit dann vermieden, wenn die Zeitspanne höher ist als die Zielzeitspanne, wenn also eine für den Fahrer deutlich zu merkende Verzögerung bei der Leistungsbereitstellung des Verbrennungsmotors zu befürchten steht.
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Ein Stoppen des Verbrennungsmotors wird somit auch während der Fahrt ermöglicht, und zwar auch dann, wenn ein Gang eingelegt, ein Kupplungspedal nicht gedrückt und eine Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe geschlossen ist. Das Stoppen wird nur dann durchgeführt, wenn es nicht zu einer für den Fahrer möglicherweise nicht akzeptablen Verzögerung bei der Bereitstellung der geforderten Motorleistung führt. Demzufolge ist auch beim Stoppen während der Fahrt eine schnelle Systemreaktion des Kraftfahrzeugs sichergestellt, eine nicht akzeptable Verzögerung der Motorleistungsbereitstellung wird vermieden.
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Die Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes hängt von Bedingungen des Fahrbetriebs ab. Insbesondere ist die Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes immer dann vergleichsweise hoch, wenn das Kraftfahrzeug in einem niedrigen Gang mit hoher Geschwindigkeit bewegt wird. In diesen Fällen wird durch das Verfahren eine längere Zeitspanne bestimmt, da die Motorwelle im Fall einer Motorleistungsanforderung ungünstigstenfalls vom Stillstand auf die vergleichsweise hohe Drehzahl zu beschleunigen ist. In diesen Fällen wird der Vergleich der Zeitspanne mit der Zielzeitspanne häufig zu Ungunsten des Motorstopps ausfallen. Bei einer derartigen Fahrweise wird ein Stoppen des Verbrennungsmotors daher seltener indiziert sein als bei einer Fahrweise in einem höheren Gang mit geringerer Geschwindigkeit.
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In einer Ausführungsform weist das Verfahren ein Starten des Verbrennungsmotors auf, wenn die Zeitspanne größer als die Zielzeitspanne ist und sich der Verbrennungsmotor im gestoppten Zustand befindet.
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Beispielsweise ist es möglich, dass der Verbrennungsmotor aufgrund einer früheren Entscheidung des Verfahrens oder aufgrund einer Bedienhandlung des Fahrers oder einer Systemanforderung gestoppt wurde. Wird in dem Verfahren nun festgestellt, dass im Hinblick auf eine aktuelle Fahrsituation bzw. im Hinblick auf die konkret vorliegende Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes die Zeitspanne zum Bereitstellen der Motorleistung größer ist als die (akzeptable) Zielzeitspanne, so wird der Verbrennungsmotor auch ohne das Vorliegen der Motorleistungsanforderung gestartet. Hierdurch kann erreicht werden, dass auch nach einem system- oder anderweitig bedingten Stoppen des Verbrennungsmotors das Verfahren immer dann ein Starten des Verbrennungsmotors auslöst, wenn dies im Hinblick auf möglicherweise zu erwartende Motorleistungsanforderungen des Fahrers notwendig scheint, um eventuelle, die Akzeptanz des Fahrers schmälernde Verzögerung bei der Bereitstellung der Motorleistung zu vermeiden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Bestimmen der Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes einen Bestimmen eines eingelegten Gangs einer Gangschaltung des Kraftfahrzeugs, ein Bestimmen einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, und/oder ein Bestimmen der Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes auf Basis des eingelegten Gangs und der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf.
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Insbesondere kann die Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes aus der Fahrzeuggeschwindigkeit abgeleitet werden, soweit der eingelegte Gang bekannt ist und Kenndaten des Getriebes vorliegen.
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Beispielsweise kann der eingelegte Gang mittels eines Gangsensors, der beispielsweise eine Position, eine Bewegung oder eine Beschleunigung eines Gangwahlhebels erfassen kann, bestimmt werden.
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Weiterhin ist es möglich, den eingelegten Gang mit Hilfe eines Ganghebelparitätssensors zu erkennen, wobei der Ganghebelparitätssensor signalisiert, wenn aus einem geraden Gang in einen ungeraden Gang und/oder aus einem ungeraden Gang in einen geraden Gang geschaltet wurde. Zusammen mit einer Auswertung einer Fahrzeuggeschwindigkeitsänderung kann daraus auf ein Hoch- oder Herunterschalten des Gangs und somit in den meisten Fällen auf den eingelegten Gang geschlossen werden.
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Problematisch ist bei der Beobachtung von Signalen des Ganghebelparitätssensors jedoch die Erkennung des Schaltens von einem ungeraden in einen ungeraden oder von einem geraden in einen geraden Gang. Dies kann mittels eines Neutralsensors der Gangschaltung erkannt werden, der eine Neutralposition des Gangwahlhebels erkennt.
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Mittels des Neutralsensors kann im Hinblick auf eine Geschwindigkeitsänderung auch in vielen Fällen auf eine Änderung des gewählten Gangs geschlossen werden.
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Soweit der gewählte Gang bekannt ist, kann auf Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit die Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes bestimmt werden. Hierbei können als weitere Einflussgrößen Kenngrößen der Ausgestaltung des Getriebes, insbesondere die Größe und Zahnung der Zahnräder, wie auch eine Reifengröße berücksichtigt werden.
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Die Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes und die Zeitspanne können so mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
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In einer Variante dieses Verfahrens kann das Bestimmen des eingelegten Gangs ein Bestimmen aufweisen, ob seit einem vormaligen Bestimmen des eingelegten Gangs der Neutralsensor der Gangschaltung die Neutralposition des Gangwahlhebels der Gangschaltung angezeigt hat.
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Ist dies nicht der Fall, so kann ein vormals bestimmter Gang als der aktuell eingelegte unterstellt bzw. angenommen werden. Dies vereinfacht das Bestimmen des eingelegten Gangs und damit das Bestimmen der Geschwindigkeit der Antriebswelle. Insbesondere ist eine Neubestimmung des eingelegten Gangs nur dann notwendig, wenn dies durch ein Signal des Neutralsensors getriggert wird, wenn also signalisiert wird, dass die Gangschaltung betätigt wurde. Hierdurch wird das Bestimmen der Geschwindigkeit der Antriebswelle vereinfacht und Rechenzeit gespart.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes auf Basis eines Umfangs von Kupplungsrädern und einer Verzahnung der Kupplungsräder bestimmt, also insbesondere berechnet oder geschätzt.
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Insbesondere kann die Drehzahl der Antriebswelle des Getriebes sehr genau auf Basis der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und denn Kenndaten der Kupplungsräder bestimmt werden, da die Verzahnung der Kupplungsräder die Übersetzung der Motordrehzahl bei der Übertragung über den Antriebsstrang bestimmt. Als weitere Eingangsgröße kann einer Größe der Räder des Kraftfahrzeugs verwendet werden.
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Zu den oben genannten Verfahren zum Bestimmen der Geschwindigkeit der Antriebswelle ist zu berücksichtigen, dass sie ohne zusätzliche Hardwarekomponenten durchgeführt werden können, so dass eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besonders kostengünstig gestaltet werden kann.
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In einer weiteren Variante geschieht das Bestimmen der Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes auf Basis eines Ausgangssignals eines an der Antriebswelle des Getriebes angeordneten Drehgeschwindigkeitssensors.
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Insbesondere kann der Drehgeschwindigkeitssensor direkt an der Antriebswelle angeordnet sein, um ein Bestimmen der Geschwindigkeit der Antriebswelle einfach, schnell und mit hoher Genauigkeit zu erreichen.
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In einer weiteren Ausführungsform basiert die Motorleistungsanforderung auf einem Signal oder einer Kombination von Signalen aufweist aus einer Gruppe umfassend eine Lösungssignal einer Kupplung, einem Betätigungssignal eines Gaspedals, einem Betätigungssignal einer Gangschaltung und einem Lösungssignal eines Bremspedals.
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Insbesondere zielt der Fahrer mit einem Lösen der Kupplung im Allgemeinen auf ein Schließen des Antriebsstrangs und damit auf ein Übertragen einer Motorleistung auf die angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs ab. Befindet sich der Motor jedoch im gestoppten Zustand, wird keine Leistung bereitgestellt. Darum ist es beim Lösen der Kupplung erforderlich, den Motor innerhalb der Zielzeitspanne derart in Betrieb zu setzen, dass die Motorwelle mit der geforderten Drehzahl bzw. dem geforderten Antriebsmoment dreht.
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Auch auf ein Betätigungssignal des Gaspedals hin ist eine dem Stand des Gaspedals entsprechende Motorleistung innerhalb der Zielzeitspanne bereitzustellen, und zwar unabhängig davon, ob der Motor sich in einem gestoppten oder gestarteten Zustand befindet.
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Selbiges gilt auch dann, wenn der Fahrer die Gangschaltung derart betätigt, dass er einen Gang wählt.
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Wählt er einen höheren Gang, so kann gemäß dem Verfahren in Abhängigkeit von dem gewählten Gang entschieden werden, ob der Motor zu starten und die Motorleistung bereitzustellen ist, oder ob, beispielsweise im Hinblick auf eine noch gelöste Kupplung, ein Starten des Verbrennungsmotors noch nicht angezeigt ist.
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Wählt er einen niedrigeren Gang bei einer gegebenen, beispielsweise höheren Fahrzeuggeschwindigkeit, so kann dies einerseits auf eine Absicht des Fahrers hinweisen, die Fahrt zu verlangsamen, andererseits auf den Wunsch, demnächst kräftig zu beschleunigen. Eine Entscheidung, ob der Motor in diesem Zustand zu Stoppen oder ob der Motor im gestoppten Zustand erneut zu starten ist, kann gemäß dem Verfahren gefällt werden. Hierbei wird berücksichtigt, dass in dem niedrigen Gang nach einem Motorstopp das Bereitstellen einer hohen Geschwindigkeit der Motorwelle bzw. Antriebswelle des Getriebes erforderlich wäre. Gemäß dem Verfahren würde in dieser Situation eine höhere erforderliche Zeitspanne zur Inbetriebnahme bestimmt. Der Vergleich der höheren Zeitspanne mit der Zielzeitspanne liefert dann ein Entscheidungskriterium, das einerseits einen ökonomischen Fahrstil unterstützt und andererseits sicherstellt, dass eine benötigte Motorleistung rechtzeitig bereitgestellt wird.
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In einer weiteren Variante weist das Verfahren ein Bestimmen eines Klassifikationssignals auf Basis eines Drehmoments der Motorwelle in einem Moment einer vorgegebenen Beschleunigung auf. Weiterhin weist das Verfahren ein Bestimmen eines Geschwindigkeitsschwellenwerts für einen Motorstopp auf Basis des Klassifikationssignals auf. Dabei wird ein Stoppen des Motors verhindert, wenn eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs den Geschwindigkeitsschwellenwert überschreitet.
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Insbesondere kann im Moment der vorgegebenen Beschleunigung auf Basis des Drehmoments der Motorwelle auf ein Gesamtzuggewicht des Fahrzeugs und damit auf eine Fahrzeugklasse geschlossen werden, die das Klassifikationssignal bestimmt. In Abhängigkeit von der Fahrzeugklasse bzw. von dem Klassifikationssignal kann dann der Geschwindigkeitsschwellenwert für den Motorstopp bestimmt werden.
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So kann erreicht werden, dass bei großen, schweren Kraftfahrzeugen ein Stoppen des Motors während der Fahrt nur bei vergleichsweise geringen Geschwindigkeiten durchgeführt wird, so dass unerwünschte Verzögerungen bei der Beschleunigung vermieden werden. Gleichzeitig kann bei kleinen und leichten Fahrzeugen auch bei vergleichsweise höheren Geschwindigkeiten der Motor gestoppt werden, soweit die geforderte Motorleistung innerhalb der Zielzeitspanne bereitstellbar ist.
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Die Bestimmung des Klassifikationssignals, also beispielsweise des Fahrzeugtyps, ermöglicht es daher, bereits aufgrund der aktuellen Geschwindigkeit ein Stoppen des Motors auszuschließen, wodurch die Durchführung des Verfahrens zum Starten und Stoppen des Verbrennungsmotors wesentlich erleichtert und Rechenzeit eingespart wird.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren ein Stoppen des Verbrennungsmotors auf, wenn eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abnimmt und die Gangschaltung in einer neutralen Position ist. Alternativ oder zusätzlich weist das Verfahren ein Stoppen des Verbrennungsmotors auf, wenn eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abnimmt und eine Bremsanforderung vorliegt. Hierbei kann die Bremsanforderung beispielsweise vom Fahrer über das Bremspedal oder auch von einem elektronischen Bremssystem oder Autopiloten ausgelöst sein.
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Insbesondere kann es für ein Stoppen des Verbrennungsmotors sprechen, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs abnimmt.
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Wenn zusätzlich der Fahrer die Gangschaltung in die neutrale Position bringt oder ein Bremsen anfordert, kann davon ausgegangen werden, dass der Fahrer die Fahrt weiter verlangsamen möchte und demnächst keine Motorleistung anfordern wird, dass also ein Stoppen besonders angezeigt ist. Weiterhin ist es nicht möglich, Energie aus der verringerten Geschwindigkeit zurückzugewinnen, während die Gangschaltung in der neutralen Position steht. Daher ist in diesem Fall ein Stoppen des Motors zum Einsparen weiterer Energie sinnvoll.
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In einer weiteren Variante weist das Verfahren ein Bestimmen eines zu empfehlenden Gangs derart auf, dass bei einer vorliegenden Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs eine Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes so gering wie möglich ist. Weiterhin weist das Verfahren ein Signalisieren des zu empfehlenden Gangs an den Fahrer des Kraftfahrzeugs auf.
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Durch das Empfehlen eines Gangs kann ein Fahrverhalten des Fahrers beeinflusst werden. Insbesondere kann der Fahrer dazu angehalten werden, den Gang so zu wählen, dass der Motor mit geringer Drehzahl betrieben wird und damit die Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes eher gering bzw. so gering wie möglich und so dicht an der Leerlaufdrehzahl des Motors wie möglich ist.
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Dies wirkt sich auf das Verfahren so aus, dass die Zeitspanne für die Wiederinbetriebnahme des Verbrennungsmotors vergleichsweise kurz ausfällt. Folglich kann bei einem derartigen Fahrprofil ein häufiges Stoppen des Verbrennungsmotors während der Fahrt erreicht werden. Der Fahrer wird durch die Empfehlung des zu wählenden Gangs somit zu einer energiesparenden und emissionsvermindernden Fahrweise motiviert, die die Energieeinsparung durch den Start-Stopp-Betrieb weiter begünstigt.
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Eine Vorrichtung zum Starten und Stoppen des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs in dem Fahrbetrieb mit positiver Geschwindigkeit in der Fahrtrichtung weist eine Wellengeschwindigkeitsbestimmungseinrichtung auf, wobei die Wellengeschwindigkeitsbestimmungseinrichtung dazu eingerichtet ist, eine Geschwindigkeit einer Antriebswelle eines Getriebes des Kraftfahrzeugs zu bestimmen. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Bestimmungseinrichtung auf, wobei die Bestimmungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Zeitspanne zu bestimmen, wobei die Zeitspanne erforderlich ist, um den Verbrennungsmotor aus dem gestoppten Zustand infolge der Motorleistungsanforderung derart zu betätigen, dass die Drehzahl der Motorwelle des Verbrennungsmotors die bestimmte Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes erreicht. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Vergleichseinrichtung auf, wobei die Vergleichseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Zeitspanne mit der Zielzeitspanne zum Bereitstellen der Motorleistung zu vergleichen. Zudem weist die Vorrichtung eine Stoppeinrichtung auf, wobei die Stoppeinrichtung dazu eingerichtet ist, den Verbrennungsmotor zu stoppen, wenn die Zeitspanne kleiner als die Zielzeitspanne ist. Die Wellengeschwindigkeitsbestimmungseinrichtung, die Bestimmungseinrichtung, die Vergleichseinrichtung und die Stoppeinrichtung können jeweils Mikroprozessoren aufweisen und in Steuergeräten realisiert sein.
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Die Vorrichtung zum Starten und Stoppen des Verbrennungsmotors ist damit zur Durchführung des Verfahrens mit den genannten Merkmalen in dem Kraftfahrzeug ausgelegt. Sie kann beispielsweise in ein Steuergerät integriert oder auch auf mehrere Steuergeräte verteilt sein. Insbesondere kann die Vorrichtung im Rahmen einer Motor-Start/Stopp-Automatik einer Motorsteuerung integriert sein und von dort aus direkt auf den Verbrennungsmotor einwirken.
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Insbesondere kann in einer Ausführungsform die Vorrichtung eine Starteinrichtung aufweisen, wobei die Starteinrichtung dazu eingerichtet ist, den Verbrennungsmotor zu starten, wenn sich der Verbrennungsmotor im gestoppten Zustand befindet und die Zeitspanne größer als die Zielzeitspanne ist.
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In dieser Ausführungsform kann die Vorrichtung den Motor auch im Hinblick auf eine zu erwartende Motorleistungsanforderung starten, wenn dies erforderlich scheint, um zu lange Verzögerungen der Leistungsbereitstellung zu verhindern.
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Ein Kraftfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor mit einer durch den Verbrennungsmotor angetriebenen Motorwelle, ein Getriebe mit einer Antriebswelle, wobei die Antriebswelle mit der Motorwelle gekoppelt ist, und eine Vorrichtung zum Starten und Stoppen des Verbrennungsmotor mit den oben genannten Merkmalen auf.
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Das Kraftfahrzeug kann weiter eine Startvorrichtung zum Starten des Verbrennungsmotors und/oder einen Elektromotor der Startvorrichtung aufweisen, wobei der Elektromotor dazu eingerichtet ist, ein Antriebsmoment zu erzeugen, und wobei die Motorwelle durch das Antriebsmoment auf eine vorbestimmte Drehzahl beschleunigbar ist, wobei die vorbestimmte Drehzahl einer Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors entspricht oder größer als die Leerlaufdrehzahl ist.
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Die Startvorrichtung kann somit einen Elektromotor aufweisen, welcher die Motorwelle derart beschleunigt, dass sie auch aus dem gestoppten Zustand in möglichst kurzer Zeit auf eine Anforderung von Motorleistung hin in möglichst kurzer Zeit die geforderte Motorleistung bereitstellt. Dies kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb durch den hybriden Elektromotor geleistet werden. Demzufolge ist ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb insbesondere zur Umsetzung der Motor-Start/Stopp-Automatik geeignet.
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Die Vorrichtung zum Starten und Stoppen ermöglicht es, in einem Betrieb des Kraftfahrzeugs das genannte Verfahren durchzuführen und somit möglichst häufig ein Stoppen des Verbrennungsmotors zu ermöglichen, wobei gleichzeitig ein frühzeitiges Starten und ein rechtzeitiges Bereitstellen von Motorleistung auf eine Anforderung des Fahrers hin sichergestellt ist.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:
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1 ein Diagramm, in welchem eine Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes bzw. eine Motordrehzahl in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit angegeben ist,
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2 das Diagramm in 1, in welchem ein Fahrvorgang mit Verminderung der Geschwindigkeit und Wechsel des gewählten Gangs mit einem Stopp des Verbrennungsmotors eingefügt ist, und
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3 ein Verfahren zum Starten und Stoppen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs in einem Fahrbetrieb mit positiver Geschwindigkeit.
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1 zeigt ein Diagramm, in dem eine Motorwellendrehzahl bzw. eine Geschwindigkeit einer Antriebswelle eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs dargestellt ist. Insbesondere ist die Fahrzeuggeschwindigkeit in km/h auf der Abszisse angegeben, die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle in Umdrehungen pro Minute (U/min) auf der Ordinate. Die Gerade 1 gibt dabei die Geschwindigkeit der Antriebswelle in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit in einem ersten Gang an, die Gerade 2 das entsprechende in einem zweiten Gang, die Gerade 3 in einem dritten, die Gerade 4 in einem vierten, die Gerade 5 in einem fünften und die Gerade 6 in einem sechsten Gang an. Es wird deutlich, dass bei einer gegebenen Geschwindigkeit mit der Wahl eines niedrigeren Gangs die Drehzahl der Antriebswelle des Getriebes deutlich ansteigt, und dass insbesondere im ersten Gang hohe Drehzahlen der Antriebswelle vorliegen.
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Eine Leerlaufdrehzahl des Motors ist im Diagramm durch die Gerade 7 markiert. Es wird deutlich, dass bei geringen Geschwindigkeiten in den normalerweise verwendeten Gängen 2 bis 6 geringe Drehzahlen unterhalb der Leerlaufdrehzahl vorliegen. In diesem Fall besteht keine Möglichkeit, während des Bremsvorgangs Energie zurück zu gewinnen. Bei Motordrehzahlen unterhalb der Leerlaufdrehzahl kann ein Stoppen des Motors zum Einsparen von Energie daher besonders angezeigt sein.
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Hierbei ist allerdings zu berücksichtigen, dass ein Stoppen des Motors nur dann durchgeführt werden sollte, wenn die Zeitspanne, welche erforderlich ist, um den Motor aus einem gestoppten Zustand beispielsweise infolge einer Motorleistungsanforderung derart zu betätigen, dass die Drehzahl der Motorwelle des Motors die geforderte Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes erreicht, eine Zielzeitspanne für die Bereitstellung der Motorleistung nicht überschreitet. Nur so kann sichergestellt werden, dass ungewollte Verzögerungen in der Bereitstellung der Motorleistung vermieden werden.
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Wird beispielsweise bei der durch die Gerade 8 bezeichneten Geschwindigkeitsschwelle während einer Fahrt im zweiten Gang der Verbrennungsmotor gestoppt, so kann dies sinnvoll sein, wenn der Fahrer eine weitere Verlangsamung der Fahrt wünscht. Schaltet er jedoch in den ersten Gang, um die Fahrt zu beschleunigen, wird kurzfristig eine deutlich höhere Drehzahl der Antriebswelle des Getriebes bzw. Motordrehzahl benötigt. Wurde der Motor bereits gestoppt, kann es bei der Bereitstellung der entsprechenden Motorleistung zu einer Verzögerung kommen.
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Es ist daher notwendig, den Verbrennungsmotor nur dann zu stoppen, wenn die Bereitstellung der geforderten Motorleistung innerhalb einer für den Fahrer akzeptablen Zielzeitspanne möglich ist.
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2 zeigt das Diagramm aus 1, in dem der Fahrvorgang 9 ergänzt ist. Im Fahrvorgang 9 reduziert der Fahrer im dritten Gang seine Geschwindigkeit und schaltet dann, seine Absicht zur Verlangsamung bestätigend, in den zweiten Gang. Sobald die Motordrehzahl bzw. die Geschwindigkeit der Antriebswelle bei diesem Fahrvorgang 9 in den Bereich der durch die Linie 7 gekennzeichneten Leerlaufdrehzahl gelangt, ist es sinnvoll, den Verbrennungsmotor zu stoppen. Hierbei ist jedoch sicherzustellen, dass auf eine Motorleistungsanforderung hin dem Fahrer innerhalb einer akzeptablen Zeit die geforderte Motorleistung zur Verfügung gestellt wird, insbesondere also, dass der Motor innerhalb der akzeptablen Zeitspanne gestartet und auf die geforderte Drehzahl beschleunigt werden kann.
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Dies kann mit dem in 3 gezeigten Verfahren erreicht werden, welches bei 10 beispielsweise mit dem Starten eines Fahrbetriebs beginnt. Bei 11 wird die Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes bestimmt, beispielsweise wie vorstehend beschrieben geschätzt oder berechnet. Bei 12 wird die Zeitspanne bestimmt, die erforderlich ist, um den Verbrennungsmotor aus einem gestoppten Zustand infolge einer Motorleistungsanforderung, beispielsweise durch ein Lösen der Kupplung, ein Betätigen des Gaspedals oder ein Betätigen einer Gangschaltung, derart zu betätigen, das die Drehzahl der Motorwelle des Verbrennungsmotors die Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes erreicht. Bei 13 wird die Zeitspanne mit einer Zielzeitspanne verglichen, die für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs zur Bereitstellung der Motorleistung gerade noch akzeptabel wäre. Ist die Zeitspanne kleiner als die Zielzeitspanne, so wird bei 14 der Verbrennungsmotor gestoppt oder bleibt gestoppt. Ist die Zeitspanne jedoch größer als die Zielzeitspanne, so wird bei 15 geprüft, ob sich der Motor bereits im gestoppten Zustand befindet. In diesem Fall wird bei 16 der Verbrennungsmotor gestartet. Bei 17 kann optional ein zu empfehlender Gang derart bestimmt werden, dass bei der vorliegenden Geschwindigkeit des Fahrzeugs eine Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes so gering wie möglich ist, beispielsweise in der Nähe der Leerlaufdrehzahl. Der zu empfehlende Gang kann dann dem Fahrer des Kraftfahrzeugs signalisiert werden.
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Durch die Wiederholung der Schritte 11 bis 17 im weiteren Fahrbetrieb besteht die Möglichkeit, den Motorbetrieb derart zu überwachen und zu regeln, dass durch ein Stoppen des Verbrennungsmotors immer dann Kraftstoff eingespart wird und Abgasemissionen reduziert werden, wenn dies die Bereitstellung der Motorleistung nicht merklich verzögert. Dieses Verfahren kann durchgeführt werden, bis der Fahrbetrieb bei 18 endet.
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Hierdurch kann erreicht werden, dass auch bei höheren Geschwindigkeiten des Fahrzeugs ein Motorstopp ermöglicht wird und die Motor-Start/Stopp-Automatik effektiv ein kraftstoffsparendes und emissionsverminderndes Fahrverhalten unterstützen kann.
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Hierbei kann durch das Bestimmen und Vergleichen der Zeitspanne sichergestellt werden, dass für den Fahrer nicht akzeptable Verzögerungen bei der Reaktion des Kraftfahrzeugs auf Leistungsanforderungen vermieden werden.
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Mit nur sehr wenigen zusätzlichen Hardwarekomponenten oder sogar ohne zusätzliche Hardware kann so die Motor-Start/Stopp-Automatik dazu eingesetzt werden, ein ökonomisch und ökologisch sinnvolles Fahrverhalten zu unterstützen.
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Bezugszeichenliste
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- 1–8
- Geraden
- 9
- Fahrvorgang
- 10
- Beginn
- 11
- Bestimmen der Geschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes
- 12
- Schätzen des erforderlichen Zeitraums der Motorbetätigung beim Neustart
- 13
- Vergleichen der geschätzten Zeitspanne mit der Zielzeitspanne
- 14
- Stoppen des Verbrennungsmotors
- 15
- Prüfen, ob der Verbrennungsmotor gestoppt ist
- 16
- Starten des Verbrennungsmotors
- 17
- Bestimmen und Ausgeben eines zu empfehlenden Gangs
- 18
- Ende
