CN110043376B - 用于识别内燃机的起动方式的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于识别与电池耦接的内燃机中的起动方式的方法，其中，在所述内燃机的起动阶段期间监控所述电池的电参数，并借助该电参数的曲线在所述起动阶段期间确定起动方式。

Description

用于识别内燃机的起动方式的方法

技术领域

本发明涉及一种用于识别或确定内燃机的起动方式的方法和一种用于执行该方法的装置。本发明还涉及用于执行该方法的一种计算机程序和一种机器可读的存储介质。

背景技术

对于现代内燃机的运行来说必需的是，为操控内燃机的电子的马达控制器提供关于当前马达转速的信息。因而已知的是，机器或马达的曲轴的转速通过感应式作用的传感器或霍尔感应器来检测。它把经过的金属标记记录下来，并通过两个标记之间的时间差来确定旋转速度。

对于通常的内燃机—其在下面也称为马达或机器，通过马达控制器借助于马达管理软件来控制喷射和点火。该软件必须了解气缸处于什么位置或什么行程高度，以便引起喷射和点火。为了实现此点，可以使用安置在内燃机的曲轴上的传感轮，该传感轮（Geberrad）在圆周上具有多个齿和间隙。同样，在有些情况下，可以在凸轮轴上安置具有少量齿的传感轮。然后在这些传感轮上安置传感器，当机器工作并且由此曲轴转动时，这些传感器产生电信号。这些传感轮相对于机器的机械的位置具有固定的关系（Verhältnis）。

例如对于具有一个气缸的四冲程马达，在一个工作循环或工作过程中，曲轴旋转两次，凸轮轴只旋转一次。由此可以在曲轴的电信号上有两次观察到或检测到间隙。因此，通过间隙虽然能够确定曲轴位置，却不能确定工作冲程。于是例如在压缩冲程结束时产生上止点，且在吹气或排气冲程（Ausstoßtakt）结束时产生上止点，这些上止点不能通过齿隙信息区分开。

现在，软件必须利用算法检测到曲轴信号中的间隙，并区分出这是工作冲程中第一转的间隙GAP0还是工作冲程中第二转的间隙GAP1。为此可以采用凸轮轴信号的图像（Profil）。一旦软件已识别到间隙或GAP，软件就与马达位置同步。现在，软件识别出气缸的位置或行程高度，且能在时间上确定喷射和点火。

对于具有两个传感器的系统同样可以支持安全模式。如果例如曲轴信号有误，对于特殊的曲轴传感轮来说，仍然一直可以使得软件与马达位置同步。但有时，由马达管理软件提供的信息的精确度不是很高，并且因此在这种模式下转矩受限，该模式可以称为曲轴安全模式。

相应地，如果凸轮轴传感器信号有误，则仍然一直可以单独利用曲轴信号在双点火模式下驱动马达。同样可行的是，采用软件控制方法、比如测试喷射来识别出间隙，即是否存在GAP0或GAP1。

在廉价的双轮部段中，通常只有曲轴传感器信号可供使用，即使马达具有多于一个的气缸。为了使得软件与马达位置同步，采用了软件技术。已知的技术之一在于，与曲轴传感器信号相结合地采用吸管-压力信号-信息，以便检测马达位置。

由文献DE 10 2014 206 182 A1已知一种用于确定内燃机的曲轴位置的方法，在该方法中，检测曲轴的关于时间的转速曲线，其中，通过该转速曲线与内燃机工作间隙的已知转速曲线的调准来确定曲轴位置。在此，已知的转速曲线具有对于曲轴位置来说表征性的区段。

基于带速度传感器的传感轮的系统利用在传感轮的各齿中的间隙用于同步至曲轴或凸轮轴的绝对位置，而基于对发动机速度信号的检测的系统由于缺少每转一次的间隙而没有这种可能。这里特别地提供一种用来确定绝对的轴位置的方法，如前述文献中所述。

要注意，在用于确定马达位置的信号中含有的特性与所用的起动方法有关。对于小型双轮系统，例如已知机电的起动器和脚踏式起动器或者通过推进双轮来起动。

发明内容

在这种背景下，提出一种具有权利要求1的特征的方法和一种根据权利要求11的装置。还提出一种根据权利要求12的计算机程序和一种根据权利要求13的机器可读的存储介质。由从属权利要求和说明书可得到实施方式。

采用所描述的方法可以特别是在内燃机的起动阶段中确定作为内燃机的起动方式是采用了机电的起动器还是采用了另一种起动方式，内燃机在此也称为马达或机器并与电池耦接。为此在内燃机的起动阶段期间监控电池的电参数，例如电池电压，并借助该电参数的曲线在起动阶段期间确定起动方式。由此可以判定出起动是利用机电的起动器执行的还是按其它方式执行的。由此得到如下可行性：根据使用的起动方式采用不同的软件技术用于同步至内燃机的曲轴的绝对位置。

通常，不同的起动方式在起动过程期间具有不同的转速曲线。可以分析这些曲线，并找出其中的某些特征，或者利用这些曲线来产生在曲轴的某些位置具有明确特征的新的信号曲线，这些特征能够简单地予以探测。对于不同的起动方式来说，除了转速曲线不同外，这些特征或新的信号曲线也可以不同。为了能够判定出必须产生哪些新的信号曲线并且在起动过程期间必须注意哪些特征，因此需要了解采用了哪种起动方式。尤其必须在利用机电的起动器的起动与其它起动方式之间区分开，因为起动器具有高能耗，并且由此给车载电网的电池造成沉重的负荷。该负荷要尽可能短暂，以便保护电池。因此，对于应有的起动方式来说，同步要特别快地成功地结束。为此必须特殊地基于利用机电式起动器的典型起动的特征来调整同步算法。

因为其它起动方式比如脚踏式起动器起动或通过车辆的推进的起动没有提高的能量需求，所以可以为这种起动方式采用共同的算法。由此，关于是否采用了机电式起动器的信息就足够了。为此所需要的用于区分起动方式的方法是本申请的组成部分。

由识别到的特征和在曲轴位置曲线中的哪个位置能找到这些特征的信息，可以确定马达位置，即可以确定该气缸或这些气缸位于哪个位置或哪个工作冲程中。基于此，可以对被设置用来操控内燃机的软件执行同步，也就是说，可以预先给定用于点火和喷射的时间点。

所提出的方法是一种非常有效的且快速的做法，以便得到是否采用了机电式起动器的信息。该信息在此由马达控制器内部的存在信号提取到。因此无需其它传感器信息和额外成本。

能够做出判定为无需其它传感器的可行方案，可以让使用者采用发动机信号用于提取出马达速度信息，确切地说，对于全部的起动器可选方案。由此可以在低成本情况下提供非常精确的马达速度信息，而可以放弃速度传感器和传感轮以及附加的用于识别起动方式的传感机构。

机电式起动器与其它起动方式之间的主要区别在于，机电式起动器需要电能。因此需要电池用于驱动这种起动器。在起动器激活时，始终都有明显的电流流经起动器的电动机。该电流在电池内电阻上引起电压降。因此，电池电压下降到一个较低的值。所需电流取决于转矩，起动器需要该转矩来驱动马达。最大部分转矩需要用来使得马达的首次运动初始化并驱动马达克服压缩。随后的减压有助于起动器运动。因此需要较小的电流。电流的这种波动导致电池电压的相仿的波动。

所提出的装置用于执行该方法，且例如采用软件和/或硬件来实施。该装置可以例如集成在控制器比如马达控制器中，或者构造成它。

本发明的其它优点和设计可由说明书和附图得到。

不言而喻，前面提到的和下面还要介绍的特征不仅可按分别给出的组合采用，而且可按其它组合采用，或者可单独采用，而不偏离于本发明的范围。

附图说明

图1示出在利用机电的起动器起动期间马达速度信号的曲线图。

图2示出所产生的信号的曲线。

图3示出脚踏式起动特性图。

图4示出在机电起动器运行期间电池电压的曲线图。

具体实施方式

本发明借助实施方式在附图中示意性地示出，并将在下面参照附图予以详述。

图1中绘出了马达速度信号10的曲线。在所示图表中，在横坐标12上绘出曲轴角度[°CA]，并且在纵坐标14上绘出由马达转速确定的马达速度[U/min]。

图1示出在起动阶段期间带有机电起动器的双轮的单缸系统的马达速度信号10的特性。该图示表明，马达速度在压缩冲程期间下降，并且而在减压阶段期间急剧提高。

现在可以规定，基于图1中所示的带有关于马达速度信息的信号10，产生一种特殊信号，以便利用所述速度信息。通过这种方式，可以基于马达速度信号特别简单地探测出压缩和减压的效果。下面把这种特殊的信号称为产生的信号。

图2示出该产生的信号50的示范性的曲线或示范性的特性。在此，在横坐标52上绘出时间，并且在纵坐标54上绘出关系。在所示曲线上可看到一个特殊的模式56，该模式在产生的信号50中重复。该模式56在气缸的高压阶段的上止点在压缩时出现一次。对于带气缸的双轮系统，每个工作过程或工作周期都恰好能看到一个这种模式。

该特殊的模式56相对于机械的马达位置具有固定的关系。由此，一旦在信号50中识别出该模式56，就可以使得软件与马达位置同步。

由速度信号例如设计出或产生出所示的信号模式56，比如用如下方程表述：

，

其中，t[i]、t[j]是机器速度信号的边沿时间。机器速度信号上的该边沿时间可以在两个上升的信号边沿之间、在两个下降的信号边沿之间或者在全部信号边沿之间（上升至下降，或者相反）测得。替代地，也可以代替边沿时间而直接采用机器速度，以便产生该信号模式。

所示的总和是针对所测边沿时间的两个不同的量而算得的。为了得到时间t[i]或t[j]的合适的关系，这些时间并非必须彼此相继，但也可以这样。同样，累加的时间数量可以为一个或更多个。根据为分子（Zähler）和分母（Nenner）所选取的时间，可以实现不同的关系特性。在图3中示出了一个例子。针对分子和分母的量的选择可以采用如下方式来选取：所得到的总和关系明显强调用于马达位置同步化的特殊模式，并且因而可特别适宜地探测到。

为了评价这些走势或曲线，可以相对于可矫正的阈值来检查得到的模式的幅度。如果幅度大于或小于可矫正的阈值，当特征点是最大值或最小值时，这意味着，软件已找到了马达位置。该阈值例如取决于外界条件，比如马达温度、马达速度、高度等，且可以通过矫正或者在运行期间简单地予以调整。代替采用可矫正的阈值，可以通过不同的其它的信号处理技术比如交叉相关来评价该关系模式，以便找到确定的特征点。

如果替代地采用脚踏式起动，则起动期间马达速度曲线的形状就会完全改变。图3示出了这种曲线。

图3中在图表中示出了马达速度信号100。在所示图表中，在横坐标上102上绘出曲轴角度[°CA]，并且在纵坐标104上绘出由马达转速确定的马达速度[U/min]。

在图3中可看到，在脚踏式起动过程期间在马达速度曲线100的走势上压缩和减压的通常效果从一开始看不见。替代地，第一时间的特点是由脚踏式运动导致的转速急剧上升。在实际上的脚踏式过程结束并且超过起动过程期间的转速最大值之后，即最早通常在工作间隙（Arbeitsspiel）之后才能检测到压缩和膨胀的这种效果，尽管与采用机电式起动器的起动的转速曲线相比明显微弱。这需要设计或产生出一种与采用机电式起动器的情况不同的另一种评价模式。为此可以选用如下评价模式，利用该评价模式也可分析其它起动方式比如通过推进式（Anschieben）的起动，从而对于与采用机电式起动器的起动不同的起动方式来说，一个共同的算法就足够了。

如上已述，仅仅为了优化在机电式起动器情况下的起动时间，这里应采用合适的算法。由此在起动期间考虑到所选用的起动方式、机电式起动器或其它时应选择模式计算算法。因此需要能够决定选用哪一种起动器。

至少对于具有单缸马达的多种小型廉价系统，但也对于其它系统，并未提供关于是否按压了起动器按钮的信息。也没有通过任何开关或其它源来提供是否采用了脚踏式起动器的信息。因此从其它信号提取出该信息。该信息能够优选由已有的信号提取，以便避免用于附加传感器的其它成本。

因为要求或希望短暂的起动时间，所以要尽早提供使用了哪种起动器的信息。

图4在图表中示出了在机电式起动器的完整的运行阶段期间电池电压150的特性或曲线。该图表中，在横坐标152上绘出了测量时间[s]，并且在纵坐标154上绘出了电池电压[V]。此外，用标号156标出了起动器运行的开始。

这表明，即使在曲轴转动的第一程度（Grad）期间，也能测得明显的电池电压差。

电池电压的这种骤降可以采用多种可行方案探测到。例如可以观察下在起动过程开始期间电池电压是否下降到确定的阈值以下。该阈值在此可以基于外界影响比如外界温度或平均电池电压在起动开始之前予以调整。

替代地，也可以分析电池电压的梯度。如果电池电压在短暂的时间间隔内下降，亦即它具有大的负梯度，则存在所描述的电压骤降。也可以根据其它影响比如温度或电池电压在起动之前选取至少所希望的梯度。

同样，可以把利用机电式起动器的起动期间的典型的电池电压曲线存储起来，并相对于参考，例如借助两条曲线的交叉相关，来比较所测电池电压曲线是否与其相符。这里也可以根据外界影响对参考曲线进行调整。另一可行方案在于，在起动过程开始之前就已经观察电池电压，并把其中出现的最大电压值存储起来。在起动开始之后，针对第一时间，观察所出现的最小电压值，并借助这两个电压的差来判定出是否存在明显的电压骤降。在此待预期的电压差可以借助外界影响比如温度或平均电池电压在起动之前予以调整。

在通常的马达控制器中，连续地测量电池电压。由此，在检测速度信号中的第一边沿之后评价或分析电池电压直接提供是否采用了机电式起动器或另一种起动方式的信息。甚至在高压阶段期间在第一压缩时到达上止点之前，可以如这里所述采用所需要的算法来计算关系，并且可以执行快速同步。由此实现机电式起动器的尽可能短暂的操纵时间，并且由此电池的因其高的能量需求所致的负荷保持得尽可能低。

Claims (10)

1.一种用于识别内燃机中的起动方式的方法，所述内燃机与电池耦接，其中，在所述内燃机的起动阶段期间监控所述电池的电参数，并借助所述电参数的曲线在所述起动阶段期间确定起动方式，其中，检测并分析表示所述内燃机速度的信号(10、100)的曲线，以便确定内燃机的位置，

其中，由表示所述内燃机的速度的信号(10、100)，产生另一信号(50)，并且在所述另一信号(50)的曲线中寻找能够明确地配属于所述内燃机的确定的位置的特征，借助所述特征确定所述内燃机的位置，

其中，由速度信号产生出信号模式(56)，并且其中，一旦在所述另一信号(50)中识别出该信号模式(56)，就能够使得软件与内燃机的位置同步。

2.按权利要求1所述的方法，其中，监控所述电池的电压(150)。

3.按权利要求1或2所述的方法，其中，根据在所述起动阶段期间所述电参数的下降来识别出起动是利用机电式起动器执行的。

4.按权利要求1所述的方法，其中，基于所述信号(10、100)的曲线，寻找能够明确地配属于所述内燃机的确定的位置的特征并且因此确定所述位置。

5.按权利要求1所述的方法，其中，产生另一信号(50)的方式为：由所述另一信号的各个点的两总和形成商。

6.按权利要求1或2所述的方法，其中，根据在所述起动阶段期间所述电参数没有下降来识别出替代的起动方式。

7.按权利要求1和6所述的方法，其中，在由表示所述内燃机速度的信号(10、100)识别出替代的起动方式时，产生附加的信号，其方式为：由所述另一信号的至少一个或多个点的两总和形成商，并且在附加的信号的曲线中寻找能够明确地配属于所述内燃机的确定的位置的特征，借助所述特征确定所述内燃机的位置。

8.按权利要求1至7中任一项所述的方法，在所述内燃机的首次起动时执行所述方法。

9.一种用于识别内燃机中的起动方式的装置，其中，所述装置被设置用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法。

10.一种机器可读的存储介质，具有存储在其上的计算机程序，所述计算机程序被设置用于当所述计算机程序在根据权利要求9所述的装置中的计算单元上实施时，实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法。

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