CN107709755A - 用于运行皮带传动的起动发电机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行内燃机的皮带传动的起动发电机的方法，其中确定所述皮带传动的起动发电机的旋转运动的开始与所述内燃机的旋转运动的开始之间的时间间隔（Δt），其中将所确定的时间间隔（Δt）与参考值（Δt_参考）进行比较并且从中推断出所述皮带传动的起动发电机的皮带的结构上的变化，并且其中根据所述皮带的结构上的变化来限制所述皮带传动的起动发电机的转矩和/或与所述皮带相连接的组件的转矩。

Description

用于运行皮带传动的起动发电机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行内燃机的皮带传动的起动发电机的方法以及用于实施所述方法的一种计算单元和一种计算机程序。

背景技术

能够将电机作为所谓的起动发电机用在机动车中，用于一方面以所述电机的马达运行方式来起动所述内燃机并且另一方面以所述电机的发电机运行方式产生用于所述车载电器网络并且用于给机动车电池充电的电流。这样的电机能够通过皮带、比如通过所述内燃机的宽齿皮带与内燃机或者曲轴相连接（所谓的皮带传动的起动发电机，RSG）。

皮带的特殊的特性、比如其长度多数精确地与由起动发电机、内燃机和必要时其它的与所述皮带相连接的组件、比如通风机或者冷却剂泵构成的系统相匹配。所述皮带的磨损和拉长可能导致所述系统的功能限制、比如导致预应力的降低并且由此导致能够传递的转矩的降低。

从DE 101 12 568 A1中公开了一种用于识别起动发电机系统的驱动装置中的滑动的方法。在此，滑动在比较级上识别，向所述比较级输送取决于转速的输入参量、尤其是三相电流-发电机的转速和曲轴转速。

发明内容

按照本发明提出具有独立专利权利要求的特征的、一种用于运行内燃机的皮带传动的起动发电机的方法以及用于实施所述方法的一种计算单元和一种计算机程序。

所述方法使用以下措施：确定所述皮带传动的起动发电机（也就是准确地说其转子）的旋转运动的开始与所述内燃机（也就准确地说其曲轴）的旋转运动的开始之间的时间间隔，并且从该时间间隔与参考值的比较中推断出所述皮带传动的起动发电机的皮带的结构上的变化、尤其是皮带拉长和/或磨损。结构上的皮带变化、像比如（尤其是由于牵引绳的老化引起的）拉长或者磨损（像比如皮带表面的磨损、尤其是肋的磨损，由此用于皮带传动装置的皮带变长，或者弹性模量的变化）如此影响所测量的持续时间，从而使得所述持续时间的变化能够推断出结构上的皮带变化。

根据所述皮带的通过这种方式所识别的结构上的变化来限制所述皮带传动的起动发电机的转矩或者降低所述皮带传动的起动发电机的最大允许的转矩。作为替代方案或者补充方案，也能够限制与所述皮带相连接的组件、比如通风机或者冷却剂泵的转矩（比如也限制到零）。尤其以相同的尺度来限制所有参与皮带传动的组件的转矩。所述降低尤其能够作为所述皮带的结构上的变化的程度的函数（比如连续的函数或者阶梯函数）来预先给定，也能够限制到预先确定的降低的数值。

发明优点

本发明提供一种可行方案，用于能够提早识别所述皮带的、超过允许的尺度的结构上的变化。在识别出结构上的变化时对转矩进行限制，通过这种方式防止已经带有磨损的皮带过度疲劳并且还防止进一步加速所述皮带的磨损或者拉长。所述皮带的损坏或者甚至断裂以及所述皮带传动装置的失灵由此能够得到避免。所述皮带的使用寿命能够得到提高，从而尤其能够进行及时的更换。

不需要以固定地预先给定的时间间隔或者在固定地预先给定的数目的运行小时数之后更换所述皮带。由此能够防止更换仅仅具有少许拉长/磨损并且还能够使用的皮带，而不存在安全风险。换而言之，如果所述皮带根据所识别的皮带变化是有用的，则能够相应地将其更换。能够降低成本并且能够节省材料。也能够防止用于不必要的保养的耗时。除此以外，所述方法能够用通常本来就存在的器件来实现。不需要额外的传感器或者类似的器件。

所述皮带传动的起动发电机的旋转运动的开始与所述内燃机的旋转运动的开始之间的时间间隔能够有利地被考虑用于对皮带变化进行检查。其原因在于：以在没有转矩加载在皮带传动装置中并且张紧边和松驰边具有相同的应力时的静止位置为出发点，在所述起动发电机的旋转运动开始之后首先缩短所述张紧边并且延长所述松驰边，直至所述内燃机起动。用于所述缩短和延长所需要的时间取决于皮带结构、尤其是取决于皮带长度和皮带状态。

所述参考值尤其代表着用于新的、未拉长的和未磨损的参考皮带的时间间隔的数值。

如果所确定的时间间隔与所述参考值之间的差达到或者超过阈值，则优选识别出超过允许的尺度的结构上的皮带变化。根据这个差有多大，尤其能够推断出所述皮带变化的程度。超过允许的尺度的结构上的皮带变化优选引起以下结果：在本发明的范围内限制所述皮带的负荷或者限制所述皮带传动的起动发电机的转矩和/或所述皮带传动装置的组件的转矩。

有利地根据所述皮带的结构上的变化来将与所述皮带相连接的组件去除激活。尤其对于剧烈磨损的皮带来说，由此能够将通过相应的组件给所述皮带造成的额外的负荷降低到最低限度。

如果优选所述皮带的结构上的变化相应地达到阈值并且/或者如果优选所确定的时间间隔与所述参考值之间的差相应地达到阈值，则对所述皮带传动的起动发电机的转矩或者所述皮带传动装置的组件的转矩进行限制。根据所述皮带变化的程度或者根据所述时间间隔以何种尺度超过所述阈值，能够对相应的转矩进行不同程度的限制。

有利地在所述内燃机借助于所述起动发电机起动（也就是启动）时确定所述时间间隔。尤其在每次起动所述内燃机时确定所述时间间隔。由此，尤其能够确定所述时间间隔随着时间变化的趋势。一旦所述起动发电机被置于旋转运动之中，则通过所述皮带将转矩传递到所述内燃机上。一旦该转矩足够大，尤其是如果其达到或者超过所述内燃机的所谓的起动力矩，所述内燃机就起动。尤其由此在每次起动所述内燃机时根据当前的结构上的变化来确定：是应该还是不应该限制所述皮带传动的起动发电机的转矩。

作为替代方案，如果所述内燃机在这种相应的起动之前在特定的时间间隔范围内没有运行，则（尤其才）能够在起动所述内燃机时确定所述时间间隔，用于保证，皮带及皮带张紧器处于其各自的静止位置中。由此保证，能够精确地推断所述皮带的结构上的变化并且不会错误地限制所述转矩。

优选确定大量的时间间隔。尤其为此经过内燃机的大量的起动来相应地确定时间间隔。从所述大量的时间间隔中尤其推断出皮带变化。所述时间间隔比如可能根据环境条件、比如不同的温度、湿气、霜而从测量到测量有偏差。通过对于所述大量的时间间隔的确定和测评，尤其能够防止：由于不利的环境条件而短时间达到所述阈值，由此错误地推断出皮带变化。只有持续地达到所述阈值，才推断出皮带变化。

优选以统计的方式对所述大量的时间间隔进行测评并且将其与所述参考值进行比较。有利地从所述大量的时间间隔中确定统计上的平均值并且将其与所述参考值进行比较。作为替代方案或者补充方案，优选实施时间序列分析。尤其能够在所述时间序列分析的过程中确定所述时间间隔的趋势或者趋势线。

有利地在所述皮带传动的起动发电机的旋转运动的开始确定或者接收第一时间印（Zeitstempel）。优选在所述内燃机的旋转运动的开始确定或者接收第二时间印。尤其所述第一或者第二时间印由所述起动发电机或者内燃机的相应的控制器来确定。

从所述第一时间印和所述第二时间印中确定所述时间间隔。对于所述时间间隔的这种确定以及对于所述时间间隔的分析能够在所述起动发电机的控制器中并且/或者在所述内燃机的控制器中并且/或者在另一个第三控制器中实施。根据在哪个控制器中实施所述确定过程，相应的时间印由其余的控制器发送给这个控制器并且由这个控制器来接收。

确定：根据所述结构上的变化是限制还是不限制所述皮带传动的起动发电机的转矩或者所述皮带传动装置的组件的转矩，这种确定过程能够在所述起动发电机的和/或内燃机的控制器中并且/或者在另一个第三控制器中实施。如果对所述皮带传动的起动发电机的转矩进行限制，则优选通知该皮带传动的起动发电机。优选也向另外的参与皮带传动的组件通知这种限制。

所述控制器尤其是通过场总线、比如CAN总线彼此处于传输数据的连接之中。相应的时间印能够在与所述场总线的时钟周期同步的情况下来确定并且发送（比如与1MHz-总线时钟周期同步，这相当于1μs的增量）。尤其能够使用所述场总线-通信的时间印。

在识别出皮带变化时，优选在故障存储器中编制故障记录。作为替代方案或者补充方案，优选输出视觉上的和/或听觉上的通知，比如能够激活所述车辆的仪表板区域中的报警信号灯。由此能够向车辆的驾驶员指出应该更换皮带。

按本发明的计算单元、比如机动车的控制器尤其在程序技术上被设立用于实施按本发明的方法。

以计算机程序的形式来实施所述方法的方案是有利的，因为这引起的成本特别低，尤其当执行用的控制器还用于另外的任务并且因此本来就存在时。合适的用于提供计算机程序的数据载体尤其是磁性存储器、光学存储器和电存储器、像比如硬盘、闪存、EEPROM、DVD以及类似更多的存储器。也能够通过计算机网络（互联网、内联网等等）来下载程序。

本发明的另外的优点和设计方案从说明书和附图中得出。

附图说明

本发明借助于实施例在附图中示意性地示出并且下面参照附图来进行描述。附图中：

图1示意性地示出了具有内燃机和皮带传动的起动发电机的机动车的皮带传动装置，所述皮带传动的起动发电机被设立用于实施按本发明的方法的一种优选的实施方式；

图2示意性地示出了具有内燃机和皮带传动的起动发电机的机动车的皮带传动装置，所述皮带传动的起动发电机以马达的运行方式并且以发电机的运行方式来运行；

图3示意性地作为方框图示出了按本发明的方法的一种优选的实施方式；

图4示意性地示出了关于内燃机的起动过程绘示的时间间隔的图表，在按本发明的方法的一种优选的实施方式的过程中能够确定所述图表；并且

图5示意性地示出了具有内燃机和皮带传动的起动发电机的机动车的皮带传动装置在借助于所述皮带传动的起动发电机来起动所述内燃机时的图示。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了机动车的皮带传动装置并且该皮带传动装置用100来表示。

所述机动车的内燃机110具有曲轴，该曲轴抗扭转地与曲轴驱动轮150相连接。所述曲轴驱动轮150比如构造为皮带盘。

所述内燃机110通过皮带120、比如通过宽齿皮带与皮带传动的起动发电机130在传递转矩的情况下相连接。所述皮带120尤其传力锁合地并且/或者形状锁合地嵌合到所述曲轴驱动轮150中并且嵌合到所述起动发电机130的驱动轮131中。所述驱动轮131抗扭转地与所述起动发电机130的转子相连接。所述内燃机110能够通过所述皮带120与另外的组件160、比如通风机或者冷却剂泵相连接。

第一控制器115尤其被设立用于控制所述内燃机110，第二控制器135尤其被设立用于控制所述起动发电机130。所述控制器115和135尤其通过场总线170、比如通过CAN总线彼此处于传输数据的连接之中。尤其所述第二控制器135被设立用于：实施所述按本发明的方法的一种优选的实施方式。要指出，作为替代方案或者补充方案所述第一控制器115也能够被设立用于实施所述按本发明的方法的一种优选的实施方式。

众所周知，起动发电机不仅能够以马达方式而且能够以发电机方式来运行。因此，所述皮带必须能够朝两个方向来传递转矩。所述皮带因此比如构造为宽齿皮带。根据以马达方式还是以发电机方式来运行所述起动发电机130，所述皮带120的张紧边和松驰边相互更替。此外设置了相应的皮带张紧器140，用于将所述皮带120预紧。所述皮带张紧器140比如能够构造为摆式皮带张紧器，所述摆式皮带张紧器比如包括两个摆臂141a和141b，所述摆臂尤其通过弹簧机构143彼此相连接。这两个摆臂141a和141b的旋转轴比如与所述起动发电机130的驱动轮131的旋转轴132共线。同样能够考虑摆式皮带张紧器或者双臂张紧器的、具有与所述起动发电机的旋转轴不共线的轴的其它实施方式。所述驱动轮131的这个旋转轴132由此同时也代表着所述摆式皮带张紧器120的旋转轴。每个摆臂141a或者141b分别与张紧滚子142a或者142b相连接。

在图2中示出了与图1相类似的皮带传动装置100。在图2a中示出了所述起动发电机130处于马达的运行方式中的情况，在图2b中则示出其处于发电机的运行方式中的情况。

比如，所述起动发电机130的驱动轮131在按照图2a的马达的运行方式中以旋转速度ω围绕着所述旋转轴132旋转。在这种情况下，转矩通过所述皮带120由所述起动发电机130来传递给所述内燃机110。由所述起动发电机130产生驱动的力矩M_m。所述皮带120的、在驱动轮131与曲轴驱动轮150之间的皮带区段在这种情况下形成张紧边122，驱动轮131与另外的组件160之间的皮带区段则形成松驰边121。

在按照图2b的发电机的运行方式中，所述驱动轮131比如以旋转速度ω旋转。在这种情况下，转矩通过所述皮带120由所述内燃机110来传递给所述起动发电机130。现在由所述起动发电机130不产生驱动的力矩M_m而是产生制动的力矩M_g。与所述马达的运行方式相比，张紧边122和松驰边121的位置交换。

根据由所述起动发电机130产生何种转矩，所述摆式皮带张紧器140及皮带120的位置发生变化。所述摆式皮带张紧器140的臂在此围绕着所述旋转轴132朝所述张紧边122的方向旋转。

所述皮带120的特殊的特性、尤其是其长度精确地与由内燃机110、起动发电机130和另外的组件160构成的系统相匹配。所述皮带的磨损和拉长可能导致所述皮带传动装置100的功能限制、比如可能导致下降的预应力并且由此导致下降的能够传递的转矩。

为了提早地识别所述皮带120的超过允许的尺度的结构上的变化，为了延长所述皮带120的使用寿命，为了防止带有磨损的皮带120的过度疲劳并且为了防止带有磨损的皮带120的断裂，比如所述控制器135被设立用于：实施按本发明的方法的、在图3中示意性地作为方框图示出的优选的实施方式。

在步骤201中所述皮带传动装置100处于静止之中，不仅内燃机110而且起动发电机130都不运行。所述摆式皮带张紧器140在这种情况下没有偏移并且处于其静止位置或者中间位置中。同样，所述皮带120处于其静止位置中并且没有偏移。

所述内燃机110应该借助于所述起动发电机130来起动，为此目的以马达的运行方式来运行所述起动发电机130。在步骤202中将所述起动发电机130置于旋转运动之中。

一旦由所述第二控制器135探测到所述起动发电机130的旋转运动的这种开始，则由所述第二控制器135按照步骤203来确定第一时间印。

通过在所述起动发电机130中所产生的转矩，使所述摆式皮带张紧器140和所述皮带120从其相应的静止位置中偏移出来。所述张紧边被缩短并且所述松驰边被延长。一旦所述张紧边以足够大的程度被张紧，则在步骤204中也将所述内燃机110置于旋转运动之中。所述旋转运动的这种开始通常由所述第一控制器115比通过对于曲轴传感轮的监控来探测。所述第一控制器115按照步骤205产生第二时间印并且将其通过所述CAN总线来通知给所述第二控制器135。借助于所述第一和第二时间印，在所述第二控制器135中按照步骤206来确定所述起动发电机130的与所述内燃机110的旋转运动的开始之间的时间间隔。

所述时间间隔的这种确定过程尤其在每次借助于所述起动发电机130起动所述内燃机110时重复，这通过附图标记207来勾画出来。由此确定大量的时间间隔，所述大量的时间间隔能够比如保存在所述第二控制器135中。

用每次新确定的时间间隔对所述时间间隔进行测评并且将所述时间间隔与参考值进行比较。为此目的，在步骤208中对所保存的大量的时间间隔实施统计上的测评。尤其实施时间序列分析。借助于所述时间序列分析能够确定所述时间间隔的趋势。

如果所述测评表明：经过所述内燃机110的特定次数的起动过程（比如经过至少五次起动过程），相应的特定的时间间隔与所述参考值之间的差相应地达到阈值，则识别出所述皮带120的、超过允许的尺度的结构上的变化。

如果识别出所述皮带120在结构上发生变化，则在步骤209中根据所述皮带120的结构上的变化来降低所述起动发电机130以及另外的组件160的转矩。

根据所述特定的时间间隔在何种尺度上相应地超过所述阈值，以不同的程度来限制所述转矩的允许的最大值。所述相应的特定的时间间隔与所述参考值之间的差越大，就越强烈地限制所述起动发电机130及另外的组件160的转矩或者将所述转矩的允许的最大值选择得越小。

比如能够以5Nm的梯级来限制所述RSG的转矩。作为替代方案或者补充方案，也能够在不同的运行条件（比如马达起动）中切断所述皮带传动装置的有效的组件。由此虽然在所述皮带传动装置中产生对于相应的组件的功能限制（比如稍许延长的马达起动时间），但是没有出现未预料到的功能中断（比如皮带断裂）。

此外，按照步骤209比如能够激活所述车辆的仪表板区域中的报警信号灯并且/或者在故障存储器中编制故障记录。

在图4中示意性地示出了图表，能够在对所述时间间隔进行统计上的测评的过程中确定所述图表。在此，相应地关于所属的起动过程X绘示了各个时间间隔Δt，在所述起动过程中相应地确定了所述时间间隔。通过所述时间序列分析，作为线性函数来确定所确定的时间间隔的趋势或者趋势曲线301。

如果相应的所确定的时间间隔Δt与所述参考值Δt_参考之间的差超过所述阈值，那么这尤其相当于超过所确定的趋势曲线301的允许的最大值Δt_最大。一旦所述趋势曲线301经过特定的次数的起动过程（比如在起动过程X₁与X₂之间）超过所述最大值Δt_最大，则识别出所述皮带的超过允许的尺度的结构上的变化。

下面借助于图5对所述时间间隔与所述皮带传动装置的几何尺寸之间的数学上的关联进行解释，在图中示意性地示出了与图1和2相类似的皮带传动装置的一部分在借助于所述起动发电机130起动所述内燃机110时的情况。

在图5a中示意性地示出了处于静止之中的皮带传动装置并且该皮带传动装置用100a来表示。摆式皮带张紧器140a和皮带120a相应地处于其静止位置中。在图5b中示出了所述皮带传动装置在所述起动发电机130的旋转运动的开始之后的时间间隔Δt之后的情况并且该皮带传动装置用100b来表示。所述摆式皮带张紧器140b在这种情况下偏移并且张紧边足够地被缩短，用于将所述内燃机110置于旋转运动之中。

在图5c中示出了所述摆式皮带张紧器处于其静止位置（140a）以及处于其相应地偏移的位置（140b）中的情况。所述偏移的摆式皮带张紧器140b相对于其静止位置140a偏移了偏移角α。

尤其是所述起动发电机130的惯性J反作用于所述摆式皮带张紧器140的偏移。所述起动发电机130的转矩M、其惯性J和所述起动发电机130或者其驱动轮131的旋转速度ω的变化彼此处于以下关系之中：

。

所述起动发电机130或者其驱动轮131的所经过的旋转角从如下这个关系中得出：

。

从这个方程式中以如下方式得到所述起动发电机130与内燃机110的旋转运动的开始之间的时间间隔Δt：

表示用于起动所述内燃机110所需要的旋转角。为了起动所述内燃机110所需要的起动力矩尤其定义了所述皮带张紧器140的偏移角度α_需要，该偏移角度又尤其与所述起动发电机130的旋转角成比例。

对于新的未磨损的皮带来说，用于时间间隔Δt的参考值比如处于低的ms范围内并且比如能够大约为16ms。所述皮带的超过允许的尺度的结构上的变化导致更小的预应力并且尤其是导致所述摆式皮带张紧器的静止位置的变化。由此要提高所需要的偏移角度α_需要并且扩大所述时间间隔Δt。

Claims (13)

1.用于运行内燃机（110）的皮带传动的起动发电机（130）的方法，

-其中确定（206）所述皮带传动的起动发电机（130）的旋转运动的开始与所述内燃机（110）的旋转运动的开始之间的时间间隔（Δt），

-其中将所确定的时间间隔（Δt）与参考值（Δt_参考）进行比较（208）并且从中推断出所述皮带传动的起动发电机（130）的皮带（120）的结构上的变化，并且

-其中根据所述皮带（120）的结构上的变化来限制所述皮带传动的起动发电机（130）的转矩和/或与所述皮带相连接的组件的转矩。

2.按权利要求1所述的方法，其中根据所述皮带的结构上的变化来将与所述皮带相连接的组件去除激活。

3.按权利要求1或2所述的方法，其中如果所述皮带（120）的结构上的变化达到阈值，那就限制所述皮带传动的起动发电机（130）的转矩和/或与所述皮带相连接的组件的转矩。

4.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中如果所确定的时间间隔（Δt）与所述参考值（Δt_参考）之间的差达到阈值，那就限制所述皮带传动的起动发电机（130）的转矩和/或与所述皮带相连接的组件的转矩。

5.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中作为所述皮带（120）的结构上的变化的程度的函数来限制所述皮带传动的起动发电机（130）的转矩和/或与所述皮带相连接的组件的转矩。

6.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述内燃机（110）借助于所述皮带传动的起动发电机（130）起动时，确定（206）所述时间间隔（Δt）。

7.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定（207）大量的时间间隔（Δt），其中以统计的方式对所述大量的时间间隔（Δt）进行测评并且将其与所述参考值进行比较。

8.按权利要求7所述的方法，其中在进行所述统计上的测评（208）的过程中从所述大量的时间间隔（Δt）中确定统计上的平均值并且/或者实施时间序列分析。

9.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述皮带传动的起动发电机（130）的旋转运动的开始确定或者接收（203）第一时间印，其中在所述内燃机（110）的旋转运动的开始确定（205）或者接收第二时间印，并且其中从所述第一时间印和所述第二时间印中确定（206）所述时间间隔（Δt）。

10.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中如果识别出（209）所述皮带的结构上的变化，则在所述故障存储器中编制故障记录并且/或者输出视觉上的和/或者听觉上的通知。

11.计算单元（115），所述计算单元被设立用于实施按前述权利要求中任一项所述的方法。

12.计算机程序，所述计算机程序在其在计算单元（115）上执行时促使所述计算单元（115）实施按权利要求1到10中任一项所述的方法。

13.机器可读的存储介质，所述机器可读的存储介质具有在其上面所保存的按权利要求10所述的计算机程序。