CN101507098B - 确定起动机转速的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及确定用于起动内燃机的起动机(1)的转速(n)的方法。起动机转速(n)可以特别简单地并且成本低廉地确定，其中它们由不同的电变量(U₄₅，U_br)算出，并与内燃机的转速比较，进行标定。

Description

确定起动机转速的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定内燃机的起动机的转速的方法。

背景技术

当今汽车的内燃机一般都用所谓小齿轮起动机起动。它基本上包括带有由电动机驱动的小齿轮的直流电动机，想要起动时该小齿轮与曲轴的齿轮啮合，带动内燃机转动。若内燃机控制装置发出起动命令，则它使一个所谓啮合继电器吸合，该小齿轮便与曲轴的齿轮啮合。当啮合继电器吸合时，自动使主电流电路闭合，向起动机供电。以此开始起动过程。

在设有起动/停止操作的汽车上，在不少情况下，在内燃机停机之前，小齿轮就已经与齿轮啮合。因此，后随的起动过程可以显著加快，因为起动时小齿轮已经啮合。在这种情况下，一旦确认停机信号，该起动机立即改变转速，在内燃机还没有完全停机之前，使小齿轮啮合。为了保证尽可能少噪音和少磨损地啮合，必须使起动机的小齿轮准确地调到该曲轴的圆周速度上，以便同步啮合。因此，必须非常准确地知道起动机的转速。

例如，起动机转速可以借助于转速传感器测量。然而费用比较昂贵。

发明内容

因此，本发明的任务是，创造一种简单而又成本低廉的确定起动机转速的方法。

在按照本发明的用于确定起动机的转速的方法中，转速借助于计算算法从电变量中算出，其特征在于，标定该计算算法，其中测量内燃机的转速，并与在起动机啮合状态下算出的起动机转速比较，出现偏差时相应地修正计算算法。

本发明一个基本方面在于，该起动机转速由电变量算出。这特别有优点，转速的确定没有专用转速传感器也行，因此，实现起来特别简单，而且成本低廉。

按照本发明一个优选的实施例，起动机转速n由起动机端子电压U₄₅和/或电刷电压U_br，在给定情况下由起动机的电枢电流I算出。为了测量各个量，最好设置相应的电流或电压传感器。电刷电压最好借助于一个算法估算。

例如，起动机转速可以由下列关系算出：

$n=\frac{U_{45}-I\·R_{\mathrm{statt}}-I\·k_B-U_{\mathrm{br}}}{k_n}---\left(1\right)$

式中：

U₄₅是起动机的外部端子电压，

I是起动机电流，

R_statt是电枢电阻，

U_br是电刷电压，而

k_n是机器参数，特别考虑到起动机的构造和磁场强度。kB＝与电流相关的电刷电压降常数

电变量U₄₅，U_br和I最好在起动机空转时，特别是起动时测量。在起动机无电流起动运行(亦即，切断与电源电压的连接)时，推导出方程式(1)：

$n=\frac{U_{45}-U_{\mathrm{br}}}{k_n}---\left(2\right)$

式中，电压U₄₅和U_br是发电机的量

为了使汽车开始行驶，特别是在冷起动时，起动机转速最好按照公式(1)或(2)算出。

该计算算法最好根据一个实测的转速，特别是内燃机转速标定。在起动机啮合的状态下，内燃机转速对应于起动机转速(在考虑到起动机小齿轮和齿轮或曲轴之间传动比的情况下)。通常在控制装置中有内燃机转速可供使用。因此，该计算算法(例如，(1)或(2))可以用内燃机的转速标定。例如，为此目的可以确定一个修正系数(k_korr)。

继续起动时，起动机的温度上升。量U_br和k_n的关系与起动机温度和起动机的老化状态有关，按照方程式(1)或者(2)计算的起动机转速可能比较严重地偏离实际值。因此，建议适当改变转速计算，至少对温度过程进行补偿。

例如，为了计算起动机的转速n，可以列出下列方程式：

$n=\frac{U_{45}\·k_{\mathrm{korr}}-U_{\mathrm{br}}\·(1-k_{\mathrm{br}}\·\mathrm{\ΔT})}{k_n\·(1+k_m\·\mathrm{\ΔT})}---\left(3\right)$

式中ΔT是起动机相对于上一次起动的温度变化，k_m和k_br是温度系数，它们最好是线性的并与温度相关，而k_korr是修正系数，它校正冷起动时的计算偏差。

第一次起动之前起动机的起始温度假定等于电动机的温度。这在所有常用的电动机上都测量的，而且其值存在于控制装置中。

温度变化ΔT最好由反映起动机热力学过程的热力学模型给出。为了确定起动机的温度或其温度变化，最好估算在起动过程出现的能量损失，并根据热力学模型算出温度或温度变化。

按照本发明的第一实施例，该能量损失根据保存在存储器中的数据记录确定。该数据记录例如采取查阅表的形式，包括起动过程中的能量损失与起始温度的关系。然后最好根据热力学模型算出起动机的温度或其温度变化。

按照本发明的第二实施例，起动过程中出现的能量损失Wi由电能平衡确定，例如可以列出：

W_I＝|²·R_stat+U_br·|                    (4)

式中U_br是电刷电压，I是电枢电流，而R_stat是电枢的欧姆电阻。在这里假设电刷电压U_br是已知的，亦即，作为随电流而变化的特性曲线族保存，或者作为常数，该电枢电阻R_stat是已知的。

例如，方程式(4)的电枢电流I在起动过程中可以由起动机的转速变化确定。为此把起动机的特性曲线n＝f(I)作为特性曲线族保存。然后把这个特性曲线换算到当前温度并提供随时间而变化的起动机电流。为了确定起动机的转速，最好考虑到内燃机控制装置提供的起动阶段内燃机的转速。

作为替代方案，可以还测量起动过程时的电枢电流I，并据此确定能量损失Wi。然后，再由起动机的热力学模型给出温度变化。

温度补偿后的，例如，按照方程式(3)算出的起动机转速，可以在下一次起动时根据实测的实际值n加以修正。为此目的再次在起动机啮合状态下，测量发动机转速n_mot，例如，按照(3)算出起动机转速n，两个转速n，n_mot之间出现偏差时修正该计算算法。例如，为了进行修正，可以引入一个修正后的温度或温度变化ΔT。例如，由热力学模型估算的温度或温度变化ΔT_est可以用修正系数k_th修正。例如，可以列出下列关系：

ΔT＝k_th·ΔT_est                            (5)

式中ΔT_est是由热力学模型估算的温度。

附图说明

下面参照附图较详细地举例说明本发明。附图中：

图1是小齿轮起动机的示意图；

图2是图示计算起动机转速n用的方法的基本步骤用的流程图；而

图3是确定起动机温度或温度变化用的起动机热力学模型。

具体实施方式

图1表示内燃机，特别是汽车用内燃机用的起动机1非常简化的示意图。起动机1基本上包括直流电动机2，3，后者由带有电枢绕组的电枢2和带有多个永久磁铁3的定子组成。包含在电枢2中的电枢绕组通过电刷4供电。小齿轮7固定在电动机轴5上，起动过程中与曲轴9的齿轮8啮合。为了使小齿轮7啮合或分离，设置啮合机构6，它通常包括啮合杠杆以及啮合继电器，借以连接起动机1的主电流电路。

起动机1包括起动机本身的控制装置10，还借以用来算出起动机1的转速n并相应地调节起动机1。起动机1在这里是为在汽车中插入起动/停止操作而设计的。在起动/停止操作中，内燃机处于确定的运行状态，例如，在交通信号灯前停车时自动关断，而且这时产生停机信号。一旦驾驶员再次想要松开，并例如为此松开刹车踏板，内燃机便重新起动。当内燃机转速严重下降以致不再可能自动起动时，便借助于起动机1重新起动。这时，小齿轮首先将小齿轮的转速提高到内燃机的转速，以便与齿轮8同步运行，然后与起动中的内燃机齿轮8啮合。起动机转速n借助于一个数学算法算出，例如可以列出下列方程式：

$n=\frac{U_{45}\·k_{\mathrm{korr}}-U_{\mathrm{br}}\·(1-k_{\mathrm{br}}\·\mathrm{\ΔT})}{k_n\·(1+k_m\·\mathrm{\ΔT})}$

式中

U₄₅是起动机的外部端子电压，

I是起动机电流，

R_statt是电枢电阻，

U_br是电刷电压，而

k_n是机器参数，它特别考虑到起动机的构造和磁场强度，

k_korr，k_br和k_m是修正系数。

内燃机冷起动时，下式有效ΔT＝0和k_korr＝1。用环境温度，例如，油温作为起动机温度。电压U₄₅(端子电压)和U_br(电刷电压)是在起动机空转高速运行时测量的，并由此算出转速n。

图2a表示冷起动时根据方程式(3)计算起动机转速n用的方法的基本步骤。在步骤20起动机首先高速运行，使小齿轮7与齿轮8同步。这时，在步骤21根据方程式(3)算出起动机1的转速n，其中ΔT＝0和k_korr＝1。电压U₄₅和U_br在空转中测量。一旦达到希望的转速n，小齿轮7便与起动中的内燃机齿轮8啮合(步骤22)。

因为在啮合状态下发动机转速对应于起动机转速n(考虑传动比)，故可以标定该算法。为此目的在步骤23测量内燃机的转速，并在步骤24算出修正系数k_korr，以此修改算法(3)。

下次起动时，起动机的温度高于环境温度，必须考虑电刷电压U_br和机器参数k_n与温度的关系。这时，最好借助于起动机的热力学模型确定起动机的温度或温度变化。

图2b表示下次起动过程中(热起动)根据方程式(3)计算起动机转速n用的方法的基本步骤。这时，在第一步骤30首先确定是否有停机信号STOP。若是，则起动机1高速运行，使小齿轮7与齿轮8同步。这时，按照方程式(3)算出起动机1的转速n。正如图3举例说明的，温度变化ΔT用方程式(3)由起动机的温度模型给出。在步骤32温度模型在考虑到起始温度、上次起动时的能量输入和上次起动的冷却时间的情况下，算出起动机1的温度或温度变化。例如，可以用方程式(4)算出能量输入。

在步骤33给出转速计算结果。当起动机转速n等于发动机转速时，在步骤34使小齿轮7啮合。

在随后的步骤35和36，再次标定计算算法。为此在步骤35测量内燃机的转速n_mot，并与预先算出的起动机转速n比较。在步骤36出现偏差时，由热力学模型估算的温度确定修正系数k_th。

图3表示起动机1温度模型的基本元件，在当前的示例中，包括起动机1引线的热阻R_Zul、电枢的热容C_Ank、刷子4和电枢2之间空气隙的热阻R_LuftsP、磁铁3的热容C_Mag以及与磁铁3热容并联的散热热阻R_Abl。流入该热力学网络的热流标以引用符号11。

例如，该热流可以从保存在系统中的表读出。可选择地，热流可从能量平衡算出，例如为此可以采用方程式(4)。

这时，电枢电流I可以可选择地测量或者从内燃机控制装置的转速信息n_mot确定。最好估算电刷电压U_br。作为结果，该热力学模型提供温度或温度变化，然后将其代入方程式(3)。

Claims (13)

1.用于确定起动机(1)的转速(n)的方法，其中起动机转速(n)借助于计算算法从电变量(U₄₅，U_br，I)中算出，其特征在于，标定该计算算法，其中测量内燃机的转速(n_mot)，并与在起动机啮合状态下算出的起动机转速(n)比较，出现偏差时相应地修正计算算法，其中该起动机转速(n)由端子电压(U₄₅)和电刷电压(U_br)算出。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，在计算该起动机转速(n)时还附加地考虑电枢电流(I)。

3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，电变量(U₄₅，U_br，I)中的至少一个在起动机(1)空转运行中测量。

4.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述方法用于确定汽车内燃机的起动机的转速。

5.按照权利要求1的方法，其特征在于，确定用于修正计算算法的至少一个修正系数(k_korr，k_br，k_m)。

6.按照权利要求1的方法，其特征在于，该计算算法考虑起动机温度或者其温度变化(ΔT)。

7.按照权利要求1的方法，其特征在于，确定在起动过程中出现的能量损失(Wi)，并根据热力学模型求出起动机(1)的温度(T)或温度变化(ΔT)。

8.按照权利要求7的方法，其特征在于，基于保存在存储器中的数据记录，根据起始温度确定该能量损失(Wi)。

9.按照权利要求7的方法，其特征在于，根据电能平衡求出该能量损失(Wi)。

10.按照权利要求9的方法，其特征在于，测量起动过程中起动机(1)的转速变化(n)，根据该转速变化(n)确定电枢电流(I)，并据此算出能量损失(Wi)。

11.按照权利要求9的方法，其特征在于，测量起动过程中起动机(1)的电枢电流(I)，并据此确定能量损失(Wi)。

12.按照权利要求1的方法，其特征在于，用下式计算起动机的转速(n)：

$n=\frac{U_{45}\·k_{\mathrm{korr}}-U_{\mathrm{br}}\·(1-K_{\mathrm{br}}\·\mathrm{\ΔT})}{k_n\·(1+k_m\·\mathrm{\ΔT})}$

式中

U₄₅是起动机(1)的外部端子电压，

U_br是电刷电压，

ΔT是起动机(1)的温度变化，而

k_korr，k_br和k_m是不同的修正系数，

k_n是机器参数，其考虑了起动机的构造和磁场强度。

13.按照权利要求1的方法，其特征在于，在起动机(1)啮合的状态下，测量内燃机的转速(n_mot)，并与算出的起动机转速(n)比较，出现偏差时修正温度变化(ΔT)。

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