CN103649522A - 用于对起动机电动机的啮合小齿轮的啮合过程进行监控的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监控用于车辆驱动装置的起动机电动机的啮合小齿轮的啮合过程的方法，其中通过磁体使所述起动机电动机的电枢运动，所述方法具有以下步骤：在给磁体的磁体线圈通电时检测（103）磁体线圈信号，用于获得信号分布、特别是电流分布；通过对所述信号分布进行微分来产生（105）微分分布；在所述微分分布中确定（107）过零点；并且在所确定的过零点的基础上对所述啮合过程进行监控（109）。

Description

用于对起动机电动机的啮合小齿轮的啮合过程进行监控的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于对车辆驱动装置用的起动机电动机的啮合小齿轮的啮合过程进行监控的方法和装置，其中通过磁体使所述起动机电动机的电枢运动。

背景技术

已知起动机电动机，其中在起动过程中，所述起动机电动机的啮合小齿轮借助于起重电磁体啮合到车辆驱动装置、尤其内燃机的齿圈中。例如所述啮合小齿轮在到达所啮合的最终位置时或者之前使起重电磁体中的接触桥闭合，由此向电起动机电动机供电。

在理想情况中，所述起动机电动机的啮合小齿轮与车辆驱动装置中的相应的齿圈如此以相对于彼此转动的方式来布置，从而在激活起重电磁体时所述啮合小齿轮直接滑到所述齿圈中。但是也可以这样安排：小齿轮的一个轮齿在啮合过程中首先完全或者部分地与所述齿圈的一个轮齿搭接并且由此防止直接的啮合。尤其在小齿轮磨损或者齿圈磨损的情况下，在这种情况中会出现如下结果：所述起动机电动机开始旋转并且啮合小齿轮由于齿位而没有啮合到齿圈中。更确切地说，啮合小齿轮的轮齿与齿圈的轮齿彼此滑过，从而车辆驱动装置未被起动机电动机驱动。

对于传统的起动机电动机来说，例如通过内燃机的功能来检查，在特定的时间之后是否结束了啮合过程。如果在这个特定的时间之后不能探测到成功的啮合过程，那就例如中断啮合过程并且可以重新起动。但是，这对起停系统中的起动机电动机的运行产生不利的影响，其中应该在尽可能短的时间里重新起动车辆驱动装置。

发明内容

因此，本发明的任务目的是，给出一种用于监控用于车辆驱动装置的起动机电动机的啮合小齿轮的啮合过程的方法和装置，利用所述方法和装置可以简化地监控啮合过程。

所述目的借助于独立权利要求的相应的主题来实现。有利的设计方案是相应从属权利要求的主题。

根据一个方面，提供一种用于监控用于车辆驱动装置的起动机电动机的啮合小齿轮的啮合过程的方法，其中通过磁体使所述起动机电动机的电枢运动。在此，在给所述磁体的磁体线圈通电时检测磁体线圈信号，以便获得信号分布、特别是电流分布。所述磁体例如是电磁体。通过对所述信号分布进行微分来产生微分分布。在所述微分分布中确定过零点，并且在所确定的过零点的基础上对所述啮合过程进行监控。

例如确定在所述微分分布中的过零点的数目并且确定所查明的过零点的方向，尤其是查明所述过零点是正向延伸还是负向延伸，也就是说是从负值延伸到正值还是相反。从所述过零点的数目及延伸方向，可以推断出所述信号分布的走向，从所述走向可以确定所述啮合过程的质量。

按照一种有利的实施方式在对所述啮合过程进行监控时查明，是否成功地实施所述啮合过程。在不同的实施方式中，所查明的质量或者说对啮合过程的监控例如也包括以下方面中的至少一个方面：能成功地实施的啮合过程、延迟地进行的啮合过程、没有成功地实施的啮合过程、不能成功地实施的啮合过程、在啮合过程中所述啮合小齿轮的齿对齿-位置。由此能以较小的成本对所述啮合过程的质量进行评估。

例如，对信号分布的检测通过在起动机电动机的起动机继电器上测量信号分布、尤其电流分布来实现。对信号分布或者说磁体线圈信号的测量例如可以在起动机继电器的端子上实现，通过所述起动机继电器的端子来向用于吸引电枢的起重电磁体供电，其中为此优选将分路器用作测量用电阻。例如这种端子是车辆电气设备的所谓的端子50。

对所述信号分布进行微分例如根据所述信号分布的模拟数字转换来实现。在不同的实施方式中，可以在求微分之前例如在模拟的范围内、在数字的范围内或者在模拟的并且在数字的范围内对所述信号分布进行滤波。作为滤波器，例如可以使用递归的滤波器，尤其具有无限的脉冲响应的滤波器，所谓的IIR滤波器。

此外，可以在求微分之前对所述信号分布进行定标，以便例如在评估微分分布时获得例如统一的大小比例。所述定标例如在例如由车辆电池提供的车辆电源电压的数值的基础上实现。这种电压例如由车辆电气设备的所谓的端子15来提供。

此外，在不同的实施方式中，可以在确定所述过零点之前对所述微分分布进行滤波，以便对确定所述过零点进行简化。对所述微分分布的滤波可以替代或附加于对信号分布的滤波来实现。尤其这种滤波器构造为低通滤波器，以便能够将叠加的噪声或者干扰滤出。

按照一种有利的实施方式，在确定所述过零点并且对所述啮合过程进行监控时例如按照以下描述来处理。在微分分布中，探测第一过零点，该第一过零点从正值延伸为负值。这种第一过零点例如在信号分布中在第一局部最大值时产生。此外，在所述微分分布中探测第二过零点，该第二过零点从负值延伸为正值。尤其在时间上在所述第一过零点之后探测所述第二过零点。所述第二过零点例如从所述信号分布中的第一局部最小值中产生。此外探测，在所述第二过零点之后在所述微分分布中是否存在着第三过零点，所述第三过零点从负值延伸为正值。这种第三过零点例如从所述信号分布中的第二局部最小值中产生。因为假设信号分布在啮合过程结束时回落到基值、例如零，所以从第二局部最小值中跟随着另一个紧接着的尤其第三局部最大值，该第三局部最大值暗示着未成功地实施的或者不能成功地实施的啮合过程。相应地，在对所述啮合过程进行监控时，如果没有探测到第三过零点，则将所述啮合过程分类为“能成功地实施”，并且如果探测到第三过零点，则将所述啮合过程分类为“不能成功地实施”。

例如，对所述微分分布中的第三过零点的探测与时间相关。相应地，在一种实施方式中，如果在预先确定的时间内在第二过零点之后没有探测到第三过零点，则将所述啮合过程分类为“能成功地实施”。例如在第一过零点与第二过零点之间的时间差的基础上查明了预先确定的时间。预先确定的时间例如与这种时间差成比例。

在不同的实施方式中，所述方法尤其可以利用对第一和第二过零点的探测在状态机或者状态自动装置中来实施。

在不同的实施方式中，为了其它的接下来的行动可以对啮合过程的所检测的质量的或者说监控的结果进行评估。如果所述啮合过程被分类为“能成功地实施”，例如执行以下措施中的至少一项措施：存储所述信号分布，例如用于以后将其与其它的所保存的信号分布一起评估；提高误差计数器，以便例如在对起动机电动机进行维护或者检查时作为对起动机电动机的磨损的提示来评估；中断和/或重新起动所述啮合过程，以便在有错误的啮合过程中防止或者说减小可能的机械磨损；将报警信息例如发送给控制电子装置或者通过所述控制电子装置发送给使用者。

按照另一方面，提供一种用于监控用于车辆驱动装置的起动机电动机的啮合小齿轮的啮合过程的装置，其中通过磁体使所述起动机电动机的电枢运动。所述装置包括传感器和处理器，其中传感器设置用于：在给所述磁体的磁体线圈通电时检测磁体线圈信号，以便获得信号分布、尤其电流分布，并且其中所述处理器设置用于：通过对所述信号分布进行微分来产生微分分布；在所述微分分布中确定过零点；并且在所确定的过零点的基础上对所述啮合过程进行监控。

这种装置例如可以有利地用在车辆、尤其具有内燃机的机动车上。通过在所确定的过零点的基础上监控所述啮合过程，这种检测能可靠地并且以较小的时间延迟、尤其在啮合过程期间就已经实现。由此，这种装置可以有利地用在具有起停功能的内燃机上，其中快速的并且无错误的起动过程特别是与传统的无起停功能的内燃机相比很重要。

但是，所述装置也可以与其它的内燃机、尤其缓慢地惯性运动的发动机或者具有自动变速器的发动机一起使用，这一点不取决于是否实现了用于这种发动机的起停功能。

所述装置的、尤其所述传感器的和所述处理器的不同的实施方式，从所述方法的、前面所描述的、可以利用所述传感器及处理器来实现的实施方式中来获得。

尤其处理器例如具有状态机，所述状态机设置用于：在所述微分分布中确定过零点并且对所述啮合过程进行监控。尤其在这种状态机中可以实现一种实施方式，其中与前面所描述的方法相类似，探测第一和第二过零点，并且探测在所述微分分布中是否存在第三过零点。

按照一个替代的方面，本发明涉及一种用于监控用于车辆驱动装置的起动机电动机的啮合小齿轮的啮合过程的方法，其中通过磁体使所述起动机电动机的电枢运动，其中通过对信号分布进行微分来产生微分分布，这通过对信号分布的观测来取代，以便获得观测分布；其中在所述微分分布中确定过零点，这通过在所述观测分布中确定过零点来取代；并且其中在所确定的过零点的基础上对所述啮合过程进行监控，这通过在观测分布中所确定的过零点的基础上对啮合过程进行的监控来取代。

按照一种实施方式，所述观测分布以有利的方式通过对所述信号分布的卡尔曼滤波（Kalman-Filterung）或者通过使用所述电枢的和/或所述起动机电动机的电参数和/或机械运动学的实时模型来获得。

按照一替代的方面，本发明涉及一种用于监控用于车辆驱动装置的起动机电动机的啮合小齿轮的啮合过程的装置，其中通过磁体使所述起动机电动机的电枢运动，所述装置包括传感器和处理器，其中所述传感器设置用于：在给所述磁体的磁体线圈通电时检测磁体线圈信号，以便获得信号分布、尤其电流分布；并且其中所述处理器设置用于：通过观测所述信号分布来产生观测分布，在所述观测分布中确定过零点，并且在所确定的过零点的基础上对所述啮合过程进行监控。

按照一种实施方式，所述观测分布以有利的方式通过对所述信号分布的卡尔曼滤波或者通过使用所述电枢和/或所述起动机电动机的电参数和/或机械运动学的实时模型来获得。

前面以及下面所描述的实施例按照意义连同所提到的替代方案也适用于本发明的替代方面。

附图说明

下面借助于实施例参照附图对本发明进行详细解释。在此附图示出：

图1示出了用于对啮合小齿轮的啮合过程进行监控的方法的示意性流程图；

图2示出了示例性的第一种啮合过程的示意图；

图3示出了示例性的第二种啮合过程的示意图；

图4示出了示例性的第一信号分布连同微分分布；

图5示出了示例性的第二信号分布连同微分分布；

图6示出了用于监控啮合小齿轮的啮合过程的装置的示意图；和

图7示出了一种示例性的状态机。

具体实施方式

图1示出了一种用于对啮合小齿轮的啮合过程进行监控的方法的示意性流程图。在步骤101中例如通过下述方式开始所述啮合过程：通过起重电磁体使所述起动机电动机的电枢运动。为此，例如向起重电磁体的磁体线圈供电。在接下来的步骤103中，在给所述磁体的磁体线圈通电时检测磁体线圈信号，以便获得信号分布或者说信号轮廓（Signalprofil）、特别是电流分布或者说电流轮廓（Stromprofil）。在步骤105中，通过对信号分布进行微分而产生微分分布或者说微分轮廓（Differenzprofil）。可以在求微分之前对信号分布进行滤波或者可以对微分分布进行滤波，或者在求微分之前及之后实施滤波。此外，可以在求微分之前对所述信号分布进行定标。所述定标例如在例如由车辆电池提供的车辆电源电压的数值的基础上进行。这种电压例如由车辆电气设备的所谓的端子50来提供。在步骤107中确定所述微分分布中的过零点，并且在步骤109中，在所确定的过零点的基础上对所述啮合过程进行监控或者说查明所述啮合过程的质量。

所述啮合过程的质量例如在于，所述啮合过程如何进行。所述啮合过程例如可以有序地或者顺利地实施，从而存在着成功地实施的或者说能够实施的啮合过程。但是，如果所述啮合过程偏离这种理想的走向，那么作为特性也可以查明有错误的啮合过程，其中可以考虑为这种有错误的啮合过程使用不同的分级。

图2例如示出了成功的啮合过程的示意性示出的流程。在此示例性示出了起动机电动机的啮合小齿轮的轮齿210以及待起动的车辆驱动装置的、例如内燃机的齿圈的轮齿220。在图2a的图示中，例如借助于起重电磁体将力沿着箭头的方向施加到所述轮齿210上，以便使该轮齿啮合到所述齿圈的轮齿220中。在此，所述轮齿210如此相对于所述齿圈的轮齿220定位，使得所述啮合可以直接地并且在没有阻碍的情况下实现。相应地，在图2b中示出了所述啮合小齿轮的轮齿210处于啮合在齿圈内的状态中。

在图3中示例性示出了啮合小齿轮的一轮齿310的有错误地啮合到齿圈的轮齿320中的啮合过程。在图3a所示出的初始位置中，将所述轮齿310置于运动，在该初始位置中所述轮齿如此相对于所述齿圈定位，使得所述轮齿310与所述轮齿320之一对置。这一点例如导致了一种如在图3b中示出的布置，其中所述轮齿310撞到所述轮齿320之一上。在这种情况下，也可以谈及啮合小齿轮的齿对齿-位置。在此可以发现，没有出现啮合小齿轮的直接啮合。更确切地说，所述啮合过程特别是与理想地进行的啮合过程相比至少延迟地进行。此外，在这种状况中，可能不能成功地实施所述啮合过程。

在不同的设计方案中，对于齿对齿-位置来说可能一定的是，由小齿轮的轮齿对啮合弹簧进行过度挤压，这导致起动机电动机的电枢的较为缓慢地移入。这种缓慢的移入一方面可能导致啮合小齿轮较迟地啮合到齿圈中或者还可能诱发所谓的咔咔声，也就是说小齿轮连续地跳到齿圈上，这会阻止起动过程。

图4示出了示例性的第一信号分布410连同从中推导出来的微分分布420，在此可以看出，所述信号分布410具有两个局部最大值。因此按照本发明，可以将这种信号分布分配给成功地实施的啮合过程。在时刻t0，信号分布410具有其第一局部最大值，在该时刻微分分布420相应地具有负向延伸的过零点，该过零点能够作为第一过零点来探测。在时刻t1，在微分分布420中可以探测到正向延伸的过零点，该正向延伸的过零点从信号分布410中的第一局部最小值中产生。另一个在时刻t2出现的负向延伸的过零点从信号分布410中的第二局部最大值中产生。在所述时刻t2之后，信号分布410连续地下降，从而微分分布420保持为负。直至示例性选择的时刻tx，信号分布410的以及微分分布420的信号走向基本上连续地继续延伸，在该时刻tx可以假设或者说分类，所述啮合过程已成功地进行。对于时刻tx的、尤其时刻tx相对于时刻t2的时间间隔的选择，例如在时刻t2与t0之间的时间差的基础上产生。

图5示出了示例性的第二信号分布510连同从中推导出来的微分分布520。所述信号分布510具有三个局部最大值，从而所示出的分布可以按照本发明分配给未成功地实施的啮合过程。直至时刻t2，信号分布510和微分分布520与图4中的信号分布410和微分分布420相类似地延伸。因此为避免重复而省略相应的描述。因而在时刻t2，在信号分布510中存在第二局部最大值，以及在微分分布520中所属的负向延伸的过零点。与成功地实施的啮合过程的区别是，微分分布520在时刻t3具有另一个正向延伸的过零点，该过零点可以作为第三过零点来探测。在时刻t3，信号分布510相应地具有另一个局部最小值，所述第三局部最大值在时刻t4跟随着所述局部最小值。这种第三局部最大值指出未成功地实施的或者不能成功地实施的啮合过程。

出于简明原因，在图5中的图表中也示出了时刻tx，在该时刻tx之前应该探测到正向延伸的第二过零点，以便可以确定未成功地实施的或者不能成功地实施的啮合过程。

图6示出了起动机系统的示意图，其具有起动机控制机构601、起动机继电器603以及起动机电动机605。此外，所述系统包括一具有传感器609和处理器611的监控装置607，其中所述传感器609与测量用电阻或者分路器613相耦合。

起动机控制机构601与起动机继电器603相耦合，以便通过起动机继电器603来触发起动机电动机605的起动过程。起动机控制机构601可以与监控装置607相耦合，以便将关于待开始的起动过程的信息提供给所述装置607。传感器609通过测量用电阻613来探测起动机继电器603上的磁体线圈信号、特别是电流。该磁体线圈信号在处理器611中作为信号分布继续被处理，尤其被滤波并且求微分，以便产生例如像在图4和图5中示出的那样的微分分布。此外，在所述处理器611中探测到信号分布中的过零点，以便在所查明的过零点的基础上对所述啮合过程进行监控。在此，尤其使用结合前面的附图所说明的方法，在这里未对此进行进一步解释，以避免重复。

如在图6中示出的那样的系统，尤其可以有利地用在具有内燃机的机动车中。特别是这种系统适合于具有起停功能的发动机，其中内燃机在车辆的停止阶段期间、例如在红灯停车期间停止，并且在出现驾驶员的重新行驶愿望时通过起动机电动机来重新起动所述内燃机。

图7示出了一种示例性的状态机，该状态机例如在处理器611中获得实现或者说为所述处理器所包括。通过所述状态机，可以在所述处理器611中确定啮合过程的质量或者说对所述啮合过程进行监控。状态710相当于所述系统的、例如在啮合过程开始之前或者在啮合过程结束之后的基本状态。由所述基本状态710转换为第一状态720，在该第一状态中，例如通过评估信号分布或者微分分布来检查，是否已经开始了啮合过程。例如在所述状态720中分析，所述微分分布是否超过了特定的极限值，从而在信号分布中存在着上升的走向。如果探测到这种上升情况，则由所述状态720转换为状态730，否则就返回转换为所述基本状态710。在状态730中探测到微分分布中的第一过零点，该第一过零点从正值延伸为负值，其相当于信号分布中的第一局部最大值。这例如相当于图4或者说图5中的时刻t0。

如果探测到所述第一过零点，则跳跃到下一种状态740，否则就跳回到所述基本状态710，其中可以与时间相关地实施返回跳跃。在所述状态740中，首先尝试探测第二过零点，该第二过零点在时间上处于所述第一过零点之后，并且从负值延伸为正值，其相当于图4或者说图5中的时刻t1。如果探测到所述第二过零点，则起动计算器并且在所述微分分布中寻找第三过零点，所述第三过零点从负值延伸为正值。如果不能探测到这种第二过零点，则跳回到所述基本状态710。

寻找或者说探测第三过零点在预先确定的时间内实现，所述预先确定的时间例如从第一与第二过零点之间的时间差中来确定。如果在预先确定的时间内不能探测到第三过零点，则跳到状态750，在该状态750中分类出一能成功地实施的啮合过程。此外，在所述状态750中将相应的信号发送给监控装置607或者说起动机控制机构601。随后跳回到所述基本状态710。

如果在预先确定的时间内探测到第三过零点，该第三过零点从负值延伸为正值，则转换为状态760。在所述状态760中，例如根据啮合小齿轮的齿对齿-位置分类出一未能成功地实施的啮合过程。关于这种状态或者说未能成功地实施的啮合过程的信息例如被继续传输给所述监控装置607或者说所述起动机控制机构601。随后又转换为所述基本状态710。

总之，本发明提供一种方法和一种装置，所述方法和装置尤其能够实现：如此监控起动机电动机的啮合小齿轮的啮合过程，使得能够可靠地并且在较短的时间里确定所述啮合过程的质量，尤其是否无错误地或者有错误地实施所述啮合过程。

Claims (14)

1.用于监控用于车辆驱动装置的起动机电动机的啮合小齿轮的啮合过程的方法，其中通过磁体使所述起动机电动机的电枢运动，所述方法具有以下步骤：

-在给磁体的磁体线圈通电时检测（103）磁体线圈信号，以便获得信号分布、特别是电流分布；

-通过对所述信号分布进行微分来产生（105）微分分布；

-在所述微分分布中确定（107）过零点；并且

-在所确定的过零点的基础上对所述啮合过程进行监控（109）。

2.按前一项权利要求所述的方法，其中在监控（109）时查明，所述啮合过程是否能成功地实施。

3.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中在产生（105）所述微分分布之前尤其利用递归的滤波器对所述信号分布进行滤波。

4.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中在产生（105）所述微分分布之前，尤其在车辆电源电压的数值的基础上对所述信号分布进行定标。

5.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定（107）所述过零点包括以下步骤：

-在所述微分分布中探测第一过零点，所述第一过零点从正值延伸为负值；

-在所述微分分布中尤其在所述第一过零点之后探测第二过零点，所述第二过零点从负值延伸为正值；并且

-探测在所述微分分布中在所述第二过零点之后是否存在着第三过零点，所述第三过零点从负值延伸为正值；

其中在监控（109）时，如果没有探测到第三过零点，则将所述啮合过程分类为能成功地实施，并且如果探测到第三过零点，则将所述啮合过程分类为不能成功地实施。

6.按前一项权利要求所述的方法，其中如果在所述第二过零点之后在预先确定的时间内没有探测到第三过零点，则将所述啮合过程分类为能成功地实施。

7.按前一项权利要求所述的方法，其中在所述第一过零点与所述第二过零点之间的时间差的基础上求得所述预先确定的时间。

8.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中在确定（107）所述过零点之前对所述微分分布进行滤波。

9.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过观测信号分布来取代通过对所述信号分布微分进行的、微分分布的产生（105），以便获得观测分布；其中通过在所述观测分布中确定过零点来取代所述微分分布中确定（107）过零点；并且其中通过在所述观测分布中确定的过零点的基础上对所述啮合过程进行监控来取代在所确定的过零点的基础上对所述啮合过程进行监控（107）。

10.按权利要求9所述的方法，其中所述观测分布通过对所述信号分布的卡尔曼滤波或者通过使用电参数和/或机械运动学的实时模型来获得。

11.用于监控用于车辆驱动装置的起动机电动机的啮合小齿轮的啮合过程的装置（607），其中通过磁体使所述起动机电动机的电枢运动，所述装置包括传感器（609）和处理器（611），

其中所述传感器设置用于：在给所述磁体的磁体线圈通电时检测磁体线圈信号，以便获得信号分布、特别是电流分布；

并且其中所述处理器设置用于：

-通过对所述信号分布进行微分来产生微分分布；

-在所述微分分布中确定过零点；并且

-在确定的过零点的基础上对所述啮合过程进行监控。

12.按前一项权利要求所述的装置（607），其中所述处理器（611）具有状态机，所述状态机设置用于在所述微分分布中确定过零点并且对所述啮合过程进行监控。

13.用于监控用于车辆驱动装置的起动机电动机的啮合小齿轮的啮合过程的装置（607），其中通过磁体使所述起动机电动机的电枢运动，所述装置包括传感器（609）和处理器（611），

其中所述传感器设置用于：在给所述磁体的磁体线圈通电时检测磁体线圈信号，以便获得信号分布、特别是电流分布；

并且其中所述处理器设置用于：

-通过观测所述信号分布来产生观测分布；

-所述观测分布中确定过零点；并且

-在所确定的过零点的基础上对所述啮合过程进行监控。

14.按权利要求13所述的装置，其中所述观测分布通过对所述信号分布的卡尔曼滤波或者通过使用电参数和/或机械运动学的实时模型来获得。

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