Verbrennungsmotors.

Stand der Technik Aufgrund steigender Kraftstoffpreise und der Notwendigkeit, insbesondere in der

EU, C0 ₂ -Emissionen zu reduzieren, setzt sich in vielen Marktsegmenten die sogenannte Start/Stopp-Funktion durch. Damit ist die Funktion bezeichnet, bei der bei stillstehendem Fahrzeug automatisch durch das Steuergerät der Verbrennungsmotor deaktiviert bzw. ausgeschaltet wird. Auf diese Weise wird die sonst im Leerlauf verbrauchte Kraftstoffmenge eingespart. Daraus resultiert eine Einsparung von ca. 3...5% (im neuen Europäischen Fahrzyklus: NEFZ). Zu beachten ist, dass der Motor, sobald dies erforderlich ist, wieder automatisch bzw. selbsttätig gestartet werden muss. Es sind in diesem Zusammenhang verschiedene Bedienstrategien zur Anforderung von Start und Stopp im Start/Stopp-Betrieb durch den Fahrer bekannt.

Die Druckschrift DE 10 2009 045 409 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum selbsttätigen Wiederstart eines zweitweise ausgeschalteten Ver- brennungsmotors mit Start-Stopp-Automatik. Der Wiederstart wird dadurch ermöglicht, dass, wenn innerhalb einer voreingestellten Zeitspanne vor irgendeiner Betätigung der Kupplung die Bremse betätigt worden ist, der Verbrennungsmotor erst dann gestartet wird, wenn die Kupplung vollständig und die Bremse nicht betätigt ist. Aus der Druckschrift DE 10 2010 003 673 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, für das ein Freilaufbetrieb zwischen einem Getriebe und einem Antriebsmotor vorgesehen ist, bei dem bei Betätigen eines Fahrpedals nach dem Freilaufbetrieb eine Gangempfehlung bereitgestellt und eine aktuelle Drehzahl des Antriebsmoments auf eine empfohlene Drehzahl beschleunigt wird, die bei einer aktuellen Geschwindigkeitssituation des Fahrzeugs der Gangempfehlung entspricht.

Bei der in Verbindung mit manuellen Getrieben, bspw. Handschaltern (MT), in Serie etablierten Bedienstrategie, das hierin als Stop-in-Neutral (Gear) bzw. SiN bezeichnet wird, wird ein Stopp des Motors ausgelöst, wenn alle notwendigen Start/Stopp-Freigaben bzw. keine Start/Stopp-Verbote, bspw. Leerlaufphase durch Diagnosen oder Tankentlüftung angefordert, Geschwindigkeitsschwelle nicht unterschritten, vorliegen und der Fahrer zunächst die Kupplung tritt, den Ganghebel in die "Neutral"-Position, was der Leerlauf-Position entspricht, bringt und die Kupplung wieder loslässt. Der Motorstart kann durch Startanforderungen des Systems, wenn bspw. die Katalysator-Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Schwelle ist, der Ladezustand der Batterie unterhalb einer Schwelle ist, die Klimaanlage eingeschaltet ist usw., vom Fahrer unabhängig eingeleitet wer- den, was einen automatischen Start darstellt. Alternativ wird bei einem Weiterfahrwunsch des Fahrers der Motor durch Drücken des Kupplungspedals wieder gestartet. Der Fahrer muss dann noch den Gang einlegen.

Eine weitere Bedienstrategie bei Handschaltern stellt den Motor ab, wenn das Fahrzeug unterhalb einer Geschwindigkeitsschwelle fährt und der Fahrer gleichzeitig die Kupplung gedrückt hält und die Bremse betätigt. Dies entspricht einem Ausrollen an einer roten Ampel. Diese Bedienstrategie wird als "Stop-in-Gear" (SiG) bezeichnet, da bei dieser der Gang eingelegt bleiben kann. Sobald der Fahrer wieder von der Bremse geht, wird der Motor, ggf. unabhängig von Start- anforderungen des Systems, wieder gestartet.

Der Vorteil dieser Bedienstrategie liegt in der Erschließung von zusätzlichen Verbrauchseinsparungen, insbesondere im NEFZ. Im NEFZ sind die Zeitpunkte, bei denen die Kupplung getreten werden muss, exakt definiert. Gleichzeitig ist der Einsatz des Bremspedals frei. Bei SiN wird fünf Sekunden vor dem Losfahren der Motor bereits durch Treten der Kupplung gestartet. Bei SiG wird der Motor erst gestartet, wenn das Fahrzeug losfahren soll, d. h. die Bremse gelöst wird.

Durch die Triggerung des Motorstarts beim Loslassen der Bremse kann es zu ei- nem ungewollten Zurückrollen des Fahrzeugs am Hang oder einem Losrollen am

Gefälle infolge eines verzögerten Momentenaufbaus, solange der Motor startet und das Getriebe kein Drehmoment überträgt, kommen. Zu berücksichtigen ist, dass auch die Startzeit des Verbrennungsmotors sich nicht eliminieren lässt.

In diesen Fahrzeugen ist die Nutzung einer Berganfahrhilfe bzw. eine Hill-Hold- Funktion (HHC) bekannt. Unter einer Berganfahrhilfe bzw. einem Berganfahrassistent (engl. Hill Holder, Hill-Hold Control, Hill Start Assist oder Hill Start Aid) ist eine automatisierte Unterstützung für Kraftfahrzeuge beim Anfahren an Steigungen, durch die ein Zurückrollen verhindert wird, zu verstehen.

Das Zurückrollen kann alternativ durch die Verwendung der noch in vielen Fahrzeugen, insbesondere Handschalter, Subcompact Compact-Class-Fahrzeugen, gängigen manuell bedienten Handbremse oder durch eine mittels Knopf aktivierbare bzw. deaktivierbare elektrische Feststellbremse erfolgen.

Bei einem Fahrzeug mit Stop-in-Gear-Strategie muss derzeit der Fahrer während der Fahrzeugstillstandphasen (Start/Stopp-Betrieb) den Fuß auf der Bremse und der Kupplung lassen, was insbesondere bei langen Standphasen unkomfortabel ist. Ansonsten würde der Motor sofort bei Verlassen des Bremspedals oder des Kupplungspedals wieder gestartet und somit ein erhebliches C0 ₂ - Reduktionspotential nicht genutzt.

Zudem ist in der Regel ein HHC notwendig. Ansonsten wird ein Motorstopp verboten, um bei Berganfahrsituationen ein Rückrollen zu vermeiden, sobald die Fußbremse nach einer Stopp-Phase zur Triggerung des Motorstarts gelöst wird.

Es erfolgt eine Verzögerung, bis der Motor ein entsprechendes Moment liefert.

Offenbarung der Erfindung Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors gemäß Patentanspruch 1 , ein weiteres Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 9 vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.

Es wird somit ein Verfahren bei einem Fahrzeug mit Start/Stopp-Funktion und ggf. mit Stop-in-Gear-Bedienstrategie vorgestellt, das es dem Fahrer ermöglicht, bei längeren Fahrzeugstillstand-Phasen während eines Start/Stopp-Betriebs komfortabel den Fuß von der Bremse und der Kupplung zu nehmen, ohne dass ein Fahrzeugstart initiiert wird. Damit verbunden kann ein visueller und/oder akustischer Hinweis bei Fehlbedienung gegeben werden.

Der Wiederstart wird selbsttätig in Abhängigkeit des Zustande einer Feststellbremse durchgeführt. Eine Feststellbremse ist eine Bremse, die die Räder eines Fahrzeugs dauerhaft blockiert. Die Feststellbremse von Personenkraftfahrzeugen wird meist als Seilzugbremse mit Hand- (Handbremse) oder Fußhebel (Fußfeststellbremse ausgeführt.

Weiterhin ist zu beachten, dass bei dem vorgestellten Verfahren nicht notwendi- gerweise ein HHC notwendig ist. Ein Stopp des Motors auch bei extremen Berganfahrsituationen muss nicht mehr generell verboten werden, da das Fahrzeug bei extremen Berganfahrsituationen, nämlich bei Überschreiten einer Schwelle, erst mit der Handbremse vor dem Rollen bzw. Zurückrollen gesichert werden muss, bevor ein Motorstopp erlaubt wird. Dies ist insbesondere durch Einbezie- hung des Signals bspw. der konventionellen Handbremse (Handbremse sicher angezogen) oder der Fußfeststellbremse (aktiv) zu erreichen.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 zeigt in einem Diagramm einen Ablauf eines Betriebs eines Verbrennungsmotors anhand von Signalverläufen gemäß dem Stand der Technik.

Figur 2 zeigt einen weiteren Ablauf bei Durchführung einer Ausführung des vorgestellten Verfahrens zum Betreiben eines Verbrennungsmotors.

Ausführungsformen der Erfindung

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.

Figur 1 verdeutlicht einen Ablauf eines Betriebs eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug bei unterschiedlichen Fahrsituationen. In einer ersten Reihe 10 sind Fahrsituationen gezeigt. Dabei sind unterschiedliche Ampelphasen dargestellt, nämlich eine erste Ampel 12 in Gelbphase, eine zweite Ampel 14 in Rotphase, eine dritte Ampel 16 in Gelbphase und eine vierte Ampel 18 in Grünphase.

In einer zweiten Reihe 20 ist die Fahrzeuggeschwindigkeit anhand eines Verlaufs 22 dargestellt. Zusätzlich ist eine Geschwindigkeitsschwelle 24 eingetragen. In einer dritten Reihe 30 ist die Motordrehzahl anhand eines Verlaufs 32 wiedergegeben. Ein mit einem Pfeil 34 verdeutlichter Wert der Drehzahl zeigt an, dass sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet.

In einer vierten Reihe 40 ist anhand eines Verlaufs 42 angezeigt, ob das Gaspe- dal betätigt ist. In einer fünften Reihe 50 ist anhand eines Verlaufs 52 gezeigt, ob das Bremspedal betätigt ist. In einer sechsten Reihe 60 ist anhand eines Verlaufs 62 verdeutlicht, ob das Kupplungspedal betätigt ist. In einer siebten Reihe 70 ist anhand eines Verlaufs 72 wiedergegeben, ob die Handbremse betätigt ist. Eine achte Reihe 80 zeigt einen Verlauf 82 zur Anzeige der Betätigung des Getriebes. Anhand Figur 1 wird nunmehr die bisherige Strategie mit Start-Trigger über Bremse und Kupplung dargestellt. Zu einem ersten Zeitraum 84 fährt das Fahrzeug.

Wenn der Fahrer das Fahrzeug verkehrsbedingt anhalten muss, was in einem zweiten Zeitraum 86 der Fall ist, bspw. an einer Ampel oder an einem Stopp- Schild, drückt er zunächst Kupplung und Bremspedal. Daraus ergibt sich eine Stopp-Anforderung entsprechend der SiG-Strategie.

Bei Unterschreiten der Geschwindigkeitsschwelle 24 zum Zeitpunkt 88 und wenn der Motor im Leerlauf ist und wenn weitere Bedingungen, nämlich Freigabe Sub- /Fahrzeugsystem, Diagnosen usw., erfüllt sind, ergibt sich ein Stopp-Enable (Stopp-Ermöglichen) entsprechend der SiG-Strategie und es wird entsprechend der SiG-Strategie der Motor ausgeschaltet. Dies entspricht einer Stopp-Order (Stopp-Auftrag).

In einem anschließenden Zeitraum 90 steht das Fahrzeug. Mit der bisherigen SiG-Strategie würde bei Verlassen der Bremse oder Kupplung der Motor wieder gestartet, daher muss der Fahrer Kupplung und Bremse gedrückt halten, was als unkomfortabel empfunden wird.

Zu einem Zeitpunkt 92 wird der Motor wieder gestartet, wenn der Fahrer die Kupplung oder, wie im dargestellten Fall, die Bremse loslässt. Dies entspricht einem sogenannten Start-Request (Start-Anfrage). Eine nächste Stopp-Phase würde erst erlaubt werden, wenn eine Geschwindigkeitsschwelle und ggf. eine bestimmte Zeit überschritten wurde.

In einem Zeitraum 94 gibt der Fahrer wieder Gas, lässt die Kupplung kommen und fährt los. In einem anschließenden Zeitraum 96 beschleunigt das Fahrzeug.

Figur 2 verdeutlicht den Ablauf eines Betriebs eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug bei unterschiedlichen Fahrsituationen gemäß dem vorgestellten Verfahren.

In einer ersten Reihe 1 10 sind Fahrsituationen dargestellt. Dabei sind unterschiedliche Ampelphasen dargestellt, nämlich eine erste Ampel 1 12 in Gelbpha se, eine zweite Ampel 1 14 in Rotphase, eine dritte Ampel 1 16 in Gelbphase und eine vierte Ampel 1 18 in Grünphase.

In einer zweiten Reihe 120 ist die Fahrzeuggeschwindigkeit anhand eines Verlaufs 122 dargestellt. Zusätzlich ist eine Geschwindigkeitsschwelle 124 eingetragen.

In einer dritten Reihe 130 ist die Motordrehzahl anhand eines Verlaufs 132 wiedergegeben. Ein mit einem Pfeil 134 verdeutlichter Wert der Drehzahl zeigt an, dass sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet.

In einer vierten Reihe 140 ist anhand eines Verlaufs 142 angezeigt, ob das Gaspedal betätigt ist. In einer fünften Reihe 150 ist anhand eines Verlaufs 152 gezeigt, ob das Bremspedal betätigt ist. In einer sechsten Reihe 160 ist anhand eines Verlaufs 162 verdeutlicht, ob das Kupplungspedal betätigt ist. In einer siebten Reihe 170 ist anhand eines Verlaufs 172 wiedergegeben, ob die Handbremse betätigt ist. Eine achte Reihe 180 zeigt einen Verlauf 182 zur Anzeige der Betätigung des Getriebes.

Figur 2 zeigt eine neue, ergänzte Strategie, bei der ein Start-Trigger über Bremse und Kupplung erfolgt.

In einem ersten Zeitraum 184 fährt das Fahrzeug. Wenn der Fahrer das Fahrzeug verkehrsbedingt anhalten muss, was in einem zweiten Zeitraum 186 der Fall ist, bspw. an einer Ampel oder einem Stopp-Schild, drückt er zunächst Kupplung und Bremspedal. Dies ergibt eine Stopp-Anforderung entsprechend der SiG- Strategie.

Bei Unterschreiten der Geschwindigkeitsschwelle 124 zum Zeitpunkt 188 und bei Motor in Leerlauf und wenn weitere Bedingungen, wie Freigabe des Sub- /Fahrzeugsystems, Diagnosen, usw., erfüllt sind, ergibt dies ein Stopp-Enable entsprechend der SiG-Strategie und es wird entsprechend der SiG-Strategie der Motor ausgeschaltet. Dies ist eine sogenannte Stopp-Order. Überschreitet die Steigung am Berg eine Grenze, wird der Motor nur noch bei angezogener Handbremse bzw. bei aktivierter Feststellbremse automatisch ausgeschaltet (— >Stopp-Enabler).

Dies überlässt dem Fahrer, wie in einem Fahrzeug ohne Start/Stopp gemäß dem Stand der Technik die Verantwortung zur Sicherung des Fahrzeugs hinsichtlich eines ungewollten Rollens bzw. Rückrollens und entspricht der üblichen Bedienung von Bremse/Kupplung/Gas/Handbremse in einer Berganfahrsituation. HHC ist nicht unbedingt notwendig.

Zu einem Zeitpunkt 190 steht das Fahrzeug. Mit der bisherigen SiG-Strategie würde bei Verlassen der Bremse oder Kupplung der Motor wieder gestartet, daher müsste der Fahrer Kupplung und Bremse gedrückt halten, was unkomfortabel ist.

Der Fahrer kann nunmehr aber in einem Zeitraum 192 die Kupplung verlassen, wenn er den Neutralgang einlegt. Drückt er die Kupplung bei eingelegtem Neutralgang erneut und legt dann einen Gang ein, soll der Motor automatisch wieder starten. Dies entspricht einem Start-Request.

Wenn der Fahrer in einem Zeitraum 194 die Handbremse zieht oder die elektrische Feststellbremse aktiviert, kann er auch von der Bremse gehen. Dabei soll in diesem Fall der Motor nicht starten. Wird nach dem Verlassen der Bremse diese bspw. wieder gedrückt und wieder verlassen, kann ggf. ein Motor-Start ausgelöst werden, solange der Neutralgang eingelegt oder die Kupplung gedrückt ist. Dies wird als Weiterfahrwunsch oder Wunsch für Motorlauf während einer Stillstandphase interpretiert und entspricht einem Start Request. Alternativ kann der Motor-Start nicht ausgelöst werden.

Wenn der Fahrer die Handbremse löst oder die elektrische Feststellbremse deaktiviert, soll der Motor, allerdings nur, wenn der Neutralgang eingelegt oder die Kupplung getreten ist, gestartet werden (Start-Request). Gleichzeitig soll bspw. akustisch und/oder visuell auf ein mögliches Rollen oder Rückrollen hingewiesen werden oder die Anweisung "Bremse drücken" gegeben werden. Zu einem Zeitpunkt 196 soll der Motor wieder gestartet werden, wenn der Fahrer die Kupplung wieder tritt.

Der Motor soll weiterhin gestartet werden, wenn ein Gang eingelegt ist, die Kupp- lung gedrückt gehalten wurde und das Bremspedal zuerst verlassen, dann wieder gedrückt und dann wieder verlassen wird bzw. oder das Bremspedal gedrückt gehalten wurde und dann zum ersten mal verlassen wurde.

Eine nächste Stopp-Phase würde erst erlaubt werden, wenn eine Geschwindig- keitsschwelle und ggf. eine bestimmte Zeit überschritten wurde.

Wenn eine Geschwindigkeitsschwelle (Fahrzeug rollt) überschritten wird, wird, wie bei der Standard-Start/Stopp-Strategie, ein erzwungener Motorstart ausgelöst, solange ein offener Antriebsstrang sicher gestellt ist (Kupplung getreten und/oder Neutralgang eingelegt).

Hintergrund hierfür ist die Sicherstellung der Bremskraftverstärkung, was nur bei laufendem Motor sicher gestellt wird, und ggf. eine Lenkkraftunterstützung. Bei Einsatz einer hydraulischen Servopumpe, ist jedoch nur eine Sicherstellung bei laufendem Motor möglich.

In einem Zeitraum 198 löst der Fahrer bei der gezeigten Ausführung die Handbremse oder deaktiviert die elektrische Feststellbremse, gibt Gas, lässt die Kupplung kommen und fährt los. In einem Zeitraum 200 beschleunigt das Fahrzeug.

Bei beiden gezeigten Strategien müssen für einen Motorstart alle relevanten Bedingungen, und zwar bei Start-Enabler: bspw. keine vorliegenden Fehler von sicherheitsrelevanten Subsystemen/Komponenten, usw., bzw. bei einem Motor- Stopp alle relevanten Bedingungen, nämlich Stopp-Enabler: bspw. keine Diagno- sen laufen, keine Fehler in Subsystemen usw. erfüllt sein.

Als Alternative kann bei der Strategie "Motorstart-Trigger" der Start nur über die Bremse erfolgen. Der Fahrer kann dann grundsätzlich von der Kupplung gehen, wenn das Fahrzeug steht. Es sollte jedoch sichergestellt sein, dass, wenn kein Neutralgang eingelegt ist und der Fahrer zusätzlich von der Bremse geht, ein

Motorstart unterbunden wird. Dies bedeutet, dass, wenn der Fahrer von der Kupplung bei eingelegtem Gang geht und auch noch von der Bremse gehen würde, eine rote Lampe angehen würde, die anzeigt "bitte Kupplung treten". In diesem Fall würde sofort mit dem Treten der Kupplung der Motor angehen.