CN102686870A - 带有接合识别功能的起动机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种起动机(100)、一种用于起动起动机马达的装置、一种用于识别起动小齿轮的接合状态的装置、一种用于起动起动机马达的方法、一种识别小齿轮(101)到相应的齿轮中的接合状态的方法、一种计算机程序以及一种计算机程序产品，其中用于识别小齿轮(101)到相应的齿轮中的接合状态、特别是用于识别起动小齿轮到起动机(100)的齿圈中的接合状态的方法包括为起动机继电器(110)通电以用于接通小齿轮(101)以及获取通电的至少一个通电参数，其中建立获取的通电参数与可能的小齿轮位置的关系并且相对于获取的通电参数选择并由此识别相应的小齿轮位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于识别小齿轮到相应的齿轮中的接合状态、特别是用于识别在起动机中的起动小齿轮的接合状态的方法。
此外，本发明涉及一种根据权利要求9的前序部分所述的用于起动起动机马达的方法。
此外，本发明涉及一种根据权利要求10的计算机程序。
本发明同样涉及一种根据权利要求11的计算机程序产品。
此外，本发明涉及一种根据权利要求12的用于识别小齿轮到相应的齿轮中的接合状态、特别是用于在起动机中的起动小齿轮的接合状态的装置。
本发明同样涉及一种根据权利要求13的用于起动起动机马达的装置。
同样，本发明涉及一种根据权利要求14的带有待啮合的小齿轮的起动机。
背景技术
本发明基于带有相应的继电器的起动机，该继电器控制小齿轮啮合到相应的啮合部中。特别地，本发明基于起停系统、尤其是带有扩展功能性的起停系统，在其中进行伴有随后的曲轴定位的到运行的内燃机中的啮合。在这种类型的解决方案中保证，在起动起动机之前进行小齿轮的啮合。
在已知的解决方案中，不进行小齿轮位置的识别，而是等待预定的持续时间，在该持续时间中小齿轮啮合的可能性很大。通过在继电器和起动机通电之间提前一定的静止时间，在此保证在起动起动机马达之前使起动小齿轮接合到内燃机的齿圈中。必须如此选择该静止时间，即，在使小齿轮可靠地啮合到齿圈中之前在任何情况下都不发动起动机。提前发动会导致未啮合、大的噪声或者甚至起动中断。然而，通过该设计方案，在大多数情况中考虑时间损耗，其导致延长的起动时间并且在啮合到伴有随后的曲轴定位的正在运行的内燃机中的情况中导致在此期间的停顿和/或内燃机的回摆(Rückpendeln)。
从文件EP 960 276 B1中已知用于内燃机的起动装置的将两个齿轮引入接合中的接通继电器的电路装置，其带有开关元件，在第二时间区段期间，该开关元件在第一时间区段之后在两个齿轮引入接合之前使继电器电流下降到一定的电流值。该开关元件构造成控制和调节装置，其在第三时间区段中使继电器电流提高到预定的值，其中，当齿轮到达另一齿轮时，第三时间区段开始。
发明内容
相对与此，分别带有相应的独立权利要求特征的根据本发明的方法、根据本发明的计算机程序、根据本发明的计算机程序产品、根据本发明的装置以及根据本发明的起动机具有的优点为，通过识别小齿轮位置，能够更快速地起动起动机，因为不必等待固定的时间段。刚好在带有扩展的功能性(例如啮合到伴有随后的曲轴定位的内燃机中)起动停止系统中，出于舒适性和使用寿命原因而有利的是，在接合过程之后尽可能快速地开始内燃机的定位。通过这种方式可行的是，阻止和/或至少使内燃机的在此期间的停顿和/或回摆最小化。根据本发明，获取通电的至少一个通电参数，建立获取的通电参数与可能的小齿轮位置的关系并且相对于获取的通电参数选择并由此识别相应的小齿轮位置。通过识别小齿轮位置保证，不过早地起动，也就是说，在小齿轮完全地啮合之前起动，并且由此不出现伴随因不良啮合引起的大的噪声或起动中断的故障。通过获取通电参数以用于识别，不需要例如光学地获取位置的附加的传感器，由此也使故障风险最小化。根据通电参数的一再反复的、典型的特征曲线，可明确地推出小齿轮的位置，从而以高的可靠性排除在啮合时的错误故障。
通过在从属权利要求中提及的措施实现了在独立权利要求中给出的装置的有利的改进方案和改善方案。
有利的是，将与可获取的通电参数相关的多个小齿轮位置储存在数据储存器中。特别地，储存不同的离散的通电参数和对应的小齿轮位置。通过这种方式，在与啮合相关的小齿轮位置之间的每个小齿轮位置并非固定，由此减小了储存空间并且优化了计算或处理速度。相应地，在其它实施方式中，也可储存其它位置、例如衔铁、叉形杠杆或类似者的位置，从而可识别不同部件的多个位置。因为小齿轮的运动与其它部件的位置相关，因此可实现多余信息，其进一步提高识别精度并且由此排除误识别。
尤其有利的是，建立获取的通电参数与可能的小齿轮位置的关系，并且相对于所获取的通电参数选择并且由此识别相应的小齿轮位置。由于在储存器中小齿轮位置与不同通电参数的相应的特征线相关联，可通过获取通电参数可靠地确定和识别小齿轮位置。例如，可将电流上升-电流下降-电流上升-电流下降-电流上升-电流下降的顺序作为被构造成电流的通电参数的曲线对应于小齿轮开始啮合到齿圈中的小齿轮位置。将其它曲线或顺序与其它位置相对应。除了电流上升或电流下降的顺序，关系与曲线的斜率相关或与所获取的通电参数的大小相关。例如，也可将在相应的电流水平上的电流下降与一个确定的小齿轮位置相对应。
本发明的再一优点为，将与可获取的通电参数相关的多个小齿轮位置储存在数据储存器中。在起动机中，小齿轮可占据多个位置，特别是非啮合的位置、啮合的位置和啮合开始和/或啮合结束的位置。在本发明的实施方式中，将多个位置与相应的通电参数曲线相对应，从而不仅可识别小齿轮的与啮合相关的位置，而且可识别其它位置。因此，可通过监控其它小齿轮位置避免其它误接通并且及时地开始维护。
在一种尤其优选的实施方式中规定，该获取包括获取通电参数的时间曲线。在啮合时，通电参数随时间变化。由此，获取不仅与一定的电流值相关，而且与电流值在时间上的顺序相关。仅仅从电流下降中不能推出小齿轮的确定的位置。在此，相反地，通电水平与通电参数的之前的顺序在时间上的相关，特别是与通电参数在时间上的变化相关。通过通电参数与时间的关系，给出可靠性更大的识别概率。
此外有利的是，借助于差别化(Differenzierung)从所获取的时间上的曲线中产生差别化的曲线。通电参数曲线的变化、也就是说曲线的斜率恰好对于识别小齿轮位置是尤其有利的。因此，可限定用于斜率的界限，其给出排除的小齿轮位置。如果所获取的通电参数或其斜率不在界限之内，则例如不存在啮合切换时刻。通过这种方式，可避免由于电压波动或其它不涉及啮合的影响因素引起的故障。相应地，在极限值附近设置公差值，在达到公差值时例如进行重新的测量或时滞控制的啮合。
尤其有利的是，进行曲线的不同的区段的分级，以用于产生带有具有相应的跳跃(Sprung)的离散的区段的曲线。例如，分级成电流上升、电流下降和电流恒定。此外，确定子分级(Unterklassifizierung)，例如在高的电流水平上的电流上升、在低的电流水平上的电流上升、带有大的斜率的强电流上升、带有小的斜率的弱电流上升等。根据该分级，可明确地对应小齿轮位置，例如在小齿轮碰撞时或在其开始或结束位置中。通过这种方式，仅仅对应小齿轮的与起动相关的位置，由此节省计算功率并且得到更高的性能。
此外有利的是，关系包括曲线与相应的预设的特征线的比较。已经从不同的试验中得到不同的通电参数的特征线。这些特征线被相应地储存或以总结成如有可能带有公差范围的特征线。在有利的实施方式中，特征线并非实施成固定的而是实施成自学习的，使得特征线定期地根据其它经验值和测量值相适应。当特征线根据使用寿命变化时，也应有利地考虑该变化。
尤其有利的是，使小齿轮位置曲线与特征线相对应。使相应的小齿轮位置曲线与一个或多个特征线相对应，从而特征线的每个点都对应于一个小齿轮位置。在此，特征线的转折点是尤其重要的，这些转折点表示相应相关的小齿轮位置。在此，特征线的点仅仅理论上表示一个确定的小齿轮位置。更优地，点区域与小齿轮位置区域相对应。通过这种方式，对于确定需要较少的计算功率，因为仅仅应识别确定的离散的小齿轮位置以用于起动。
本发明的另一优选的实施方式设置成，为了确定小齿轮位置考虑从包括时间、电流强度、电压强度、电流波动、电压波动和类似者的组中选择的至少另一参数。尤其地在不需要高成本的传感器的情况下可简单地且准确地获取电流(例如通过电流强度)和电压(例如通过电压大小)。设有相应的接口，从而对于已有的起动机系统也可简单地加装根据本发明的方法。
此外有利的是，在用于起动起动机马达的方法中实施根据本发明的用于识别小齿轮到相应的齿轮中的接合状态、特别是用于识别在起动机中的起动小齿轮的接合状态的方法，并且特别地在小齿轮啮合之后实施其它步骤：如根据已识别的小齿轮位置进行起动或曲轴定位。通过识别小齿轮位置、尤其是为了起动而优化的小齿轮位置，可实现这样的继电器的接通，即，在没有时间延迟的情况下开始起动，这尤其地在起停系统中使效率提高。
有利地，这些方法可实现成计算机程序和/或计算机程序产品。在此包括所有计算单元、特别地还包括集成的开关电路，例如FPGA′s(现场可编程序门阵列)、ASIC′s(专用集成电路)、ASSP′s(专用标准产品)、DSP′s(数字信号处理器)和类似者以及固定地布线的计算功能块。通过相应的实施方式可快速且简单地加装该方法。
尤其有利地，可在带有用于执行该方法的单元的装置中实现该方法。因此本发明的这样的有利的实施方式设置成，在用于识别小齿轮到相应的齿轮中的接合状态、特别是在用于识别起动机中的起动小齿轮的接合状态的装置中规定，包括用于使起动机继电器通电以接通小齿轮的通电区段和用于获取通电的至少一个通电参数的获取区段。尤其有利地，设置控制区段，以根据所获取的通电参数建立与可能的小齿轮位置的关系，并且相对于所获取的通电参数选择相应的小齿轮位置并且由此识别小齿轮位置。可以不同的方式构造单个的区段。例如，控制区段可包括控制逻辑或控制功能块，例如以软件的方式或作为电路在该控制逻辑或控制功能块上实现该方法。利用相应的装置可容易地实现该方法。
为了在起动机中使用该方法，本发明的有利的实施方式设置成，在用于起动起动机马达的装置中规定，设有用于识别小齿轮到相应的齿轮中的接合状态、特别是用于识别在起动机中的起动小齿轮的接合状态的装置。该装置相应于以上所述的包括用于使起动机继电器通电以接通小齿轮的通电区段和用于获取通电的至少一个通电参数的获取区段，其中，设有控制区段，以根据所获取的通电参数建立与可能的小齿轮位置的关系，并且相对于所获取的通电参数选择相应的小齿轮位置并且由此识别小齿轮位置。此外，根据本发明的装置还包括用于起动起动机马达的致动器，其根据所识别出的小齿轮的位置、特别地在小齿轮啮合之后执行起动。有利地，通过相应的继电器的通电实现起动。
由此，还提出这样的本发明的另一优选的实施方式，即，在带有待啮合的小齿轮的起动机中设置用于起动起动机马达的根据本发明的装置。以这种方式，可实现快速啮合的起动机，其尤其地在起停功能方面进行了优化。
附图说明
在附图中示出了本发明的实施例并且在以下描述中详细解释本发明的实施例。
其中：
图1示意性地以剖切的透视视图显示了带有小齿轮101的起动机100，
图2示意性地示出了在啮合过程中所获取的通电参数在时间上的两个曲线的图表，
图3示意性地示出了根据图2的通电参数的特征线式的曲线的图表，
图4示意性地示出了起动机控制单元的接线图，以及
图5示意性地示出了在啮合过程中所获取的通电参数的多个曲线在时间上的图表。
具体实施方式
图1示意性地以剖切的透视视图显示了带有小齿轮101的起动机100。小齿轮101通过继电器110接通，从而在相应地通电时小齿轮101啮合到起动机100的齿圈中。啮合大致如下进行。继电器(亦即接通继电器)110具有接线柱，所述接线柱为电的触点并且联接在在此未示出的起动机电池的正极上。该接线柱被引导穿过继电器盖。该继电器盖封闭继电器壳体，该继电器壳体借助于多个固定元件(螺钉)被固定在驱动轴承盖上。此外，在接通继电器110中布置有吸引线圈(Einzugswicklung)或啮合线圈ENW以及所谓的保持线圈HW。吸引线圈ENW和保持线圈HW两者分别在接通的状态下引起电磁场，该电磁场不仅穿过继电器壳体(由传导电磁的材料制成)、可线性运动的衔铁102和衔铁搭铁103。衔铁102支撑着推杆104，在线性地吸引衔铁102时推杆104在朝向开关接线柱105的方向上运动。通过推杆104朝向开关接线柱105的该运动使开关接线柱105从其初始位置朝向两个触点的方向运动，从而安装在开关接线柱105的适合用于接触的端部上的接触桥使两个触点相互电连接。由此，由接线柱将电功率通过接触桥向外引导以用于输送电流并且由此被引导到碳刷。由此，使驱动马达或起动机100通电。
但是此外，接通继电器110或衔铁102同样具有下列任务，利用牵引元件106使可相对于驱动轴承盖旋转运动的杠杆107运动。通常被实施成叉形杠杆的该杠杆17利用两个在此未示出的“尖齿”在其外周上包围两个盘件，以使夹紧在这两个盘件之间的带动环108克服弹簧的阻力朝向自由轮机构运动，并且由此使起动小齿轮101啮合在齿圈中。
在以上所描述的啮合或接通过程中，随着不同的步骤继电器110的至少一个通电参数、特别是继电器电流和继电器电压发生变化。在图2中，示出通电参数在时间上的两个曲线。根据图2的通电参数为在啮合线圈通电时继电器110的电流曲线。一个曲线表示所获取的电流曲线，其同样示意性地在图3中描绘出。另一曲线表示电流曲线的一阶导数。电流曲线与接合过程的不同步骤相对应。接合过程粗略地分成以下步骤。在初始状态A中，所有参与接合过程的部件静止。在通电时，记录相应的电流上升1。在一定的时间之后，衔铁102由于通电在B时开始运动并且在此压缩衔铁回位弹簧102a。在此，记录电流下降2。此外，通过衔铁102的运动以及与此相连接的叉形杠杆107的运动，带动件108到达叉形杆107上(C)，其中观察到电流上升3。紧接着，(以通过带动件108起始的方式)小齿轮101运动(D)，由此，再次观察到电流下降4。可观察到电流下降4直至小齿轮101到达齿圈上(E)并且运动才停止。在此观察到电流上升5。在小齿轮101到达齿圈上之后，小齿轮101接合到齿圈中(F)，其中，观察到电流下降6。在接合结束时，衔铁102到达限制接合过程的止挡上(G)。那么相应地，记录新的电流上升7。在所有啮合过程中以强度或大或小地表现的方式实现该特征曲线。除了电流曲线，附加地在图2中给出电流曲线的一阶导数。根据这两个曲线，实现了与不同的小齿轮位置的简单对应。
在图4中示意性地示出接线图。根据接线图，设有带有起-停功能的起动机或起动机马达100。该起动机100还具有继电器110。在一侧，继电器110通过端子KL30与电池130的正极相连接。电池130的负极通过端子KL31接地。在另一侧，起动机100经由继电器110与控制器(起动机控制单元SCU)相联结。该控制器SCU具有不同的输入和输出部，另外还有KL87、KWR、CANH、CANL、Notaus、Kl31、Gnd Fzg、GND、Kl30p、KL50r、KL50s、KL45、KL50t。控制器通过螺旋连接与马达接地。Kl3为电池组(Masse Batterie)。由此，Kl30表示带有+12V的电压的电池的供电。利用KL50表示来自Motronic结构单元的保持线圈HW和啮合线圈ENW的直接的通电。KL30p表示在控制设备SCU中用于+12V电池供电的箝位电路(Klemmung)。KL50r表示以+12V供电到保持线圈HW、啮合线圈ENW和开关线圈STW上的箝位电路。KL50s表示用于开关线圈STW的接地的箝位电路。KL45表示来自控制器SCU的用于+12V电池供电的箝位电路，也就是说，在接通共同地或单个地连接的开关元件S1至S3时的起动机通电。KL50t表示与在保持线圈HW和啮合线圈ENW中的接地的箝位电路。利用S0表示控制器SCU的主开关。在这方面，接通同样被称为功率件的控制器SCU。S1-S3表示用于接通起动机电流的开关或开关元件。为此，电阻R1至R3并联。开关元件S4用于通过控制器SCU接通对保持线圈HW和啮合线圈ENW的通电。开关元件S5接通对开关线圈STW的通电。由此，在内部包含不同的开关元件S1-S4、Süa/b、分流器和其它电的功能块(如二极管和类似者)。通过端子KL30p，控制器SCU在与起动机共同的节点处与电池120的正极连接。通过端子KL50r、KL50s、KL45和KL50t，控制器SCU与起动机100的继电器110连接。此外，设置Motronic单元140，其通过端子KL50L与在控制器SCU和继电器110之间的端子KL50r上的线路相连结。控制器SCU、Motronic140和继电器110如下构造并如下起作用。通过端子KL87实现控制器SCU、即逻辑单元的电流供给。此外，通过KWR表示用于曲轴位置定位的曲轴参考信号。利用CANH表示CAN高电平信号并且利用CANL表示CAN低电平信号。这些信号作为用于总线系统(控制器局域网络)的信号起作用以用于进一步控制。
备选地或组合地，可获取电压作为另外的通电参数。相应的曲线在图5中示出。图5示出了相应的曲线。在啮合线圈通电以及由此引起的继电器衔铁102的运动过程中，出现在随时间变化的继电器电流(在图2和图5中的RS)。在图2和图5中的曲线是相似的。另一方面，变化的继电器电流又引起啮合线圈的电流流过的绕组的磁场的变化。啮合线圈ENW的磁场的变化又在开关线圈STW中感应出电压，该电压可在端子KL50s处作为U50s观察。由此，使用未被通电的开关线圈STW作为测量传感器。在时间曲线上，电压U50s一次性超过在端子KL50r处的电压U50r。在该时刻，可靠地进行小齿轮的啮合。该过程通过矩形曲线EIN示出。为了可靠地识别出接合，由此从电压U50s中减去电压U50r。如果该值超过相应的极限值并且之后出现电流上升，则在满足该条件时适用的是，小齿轮已经接合。附加地，可考虑可靠性多余信息。这可具有的条件为，在开始继电器通电之后超过预定的时限。可相应于以前的经验值例如在自学习的匹配过程中匹配该时限。
Claims (14)
1.一种用于识别小齿轮(101)进入到相应的齿轮中的接合状态、尤其是用于识别起动小齿轮到起动机(100)的齿圈中的接合状态的方法，所述方法包括为起动机继电器(110)通电以接通所述小齿轮(101)以及获取所述通电的至少一个通电参数，其特征在于，建立所述获取的通电参数与可能的小齿轮位置的关系并且相对于所述获取的通电参数选择并由此识别相应的小齿轮位置。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将与可获取的通电参数相关的多个小齿轮位置储存在数据储存器中。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获取包括获取所述通电参数的时间曲线。
4.按照权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，借助于差别化从所述获取的时间上的曲线中产生差别化的曲线。
5.按照前述权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，进行所述曲线的不同的区段的分级，以产生具有带相应的跳跃的离散的区段(A-B、B-C、C-D、D-E、E-F、F-G)的曲线。
6.按照前述权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述关系包括曲线与相应的预设的特征线的比较。
7.按照前述权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，小齿轮位置曲线与所述特征线相关。
8.按照前述权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，为了确定所述小齿轮位置考虑从包括时间、电流强度、电压强度、电流波动、电压波动和类似者的组中选择的至少一个其它参数。
9.一种用于起动起动机马达的方法，其特征在于，包括按照前述权利要求1至8中任一项所述的用于识别小齿轮(101)到相应的齿轮中的接合状态、特别是用于识别起动小齿轮到起动机(100)的齿圈中的接合状态的方法，并且特别是在所述小齿轮(101)啮合之后执行其它步骤，例如根据所述小齿轮(101)的已识别的位置进行起动或曲轴定位。
10.一种计算机程序，其包括程序编码单元，以用于当在计算机上实施所述程序时执行按照权利要求1至9所述的所有步骤。
11.一种计算机程序产品，其包括被储存在可计算机读取的介质上的程序编码单元，以用于当在计算机中运行程序产品时执行按照权利要求1至9所述的方法。
12.一种用于识别小齿轮(101)到相应的齿轮中的接合状态、特别是用于识别起动小齿轮到起动机(100)的齿圈中的接合状态的装置，所述装置包括用于为起动机继电器(110)通电以接通所述小齿轮(101)的通电区段和用于获取所述通电的至少一个通电参数的获取区段，其特征在于，设有控制区段，以用于根据所述获取的通电参数建立与可能的小齿轮位置的关系，并且相对于所述获取的通电参数选择相应的小齿轮位置并且由此识别所述小齿轮位置。
13.一种用于起动起动机马达的装置，其特征在于，设有用于识别小齿轮(101)到相应的齿轮中的接合状态、特别是用于识别起动小齿轮到起动机(100)的齿圈中的接合状态的装置，所述装置包括用于为起动机继电器(110)通电以接通所述小齿轮(101)的通电区段和用于获取所述通电的至少一个通电参数的获取区段，其中，设有控制区段，以根据所述获取的通电参数建立与可能的小齿轮位置的关系，并且相对于所述获取的通电参数选择相应的小齿轮位置并且由此识别所述小齿轮位置，并且还设有用于起动所述起动机马达的致动器，其根据所述小齿轮(101)的识别出的位置、特别地在所述小齿轮(101)啮合之后执行起动。
14.一种带有待啮合的小齿轮(101)的起动机(100)，其特征在于，设有按照权利要求12所述的用于起动起动机马达的装置。
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