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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren einer Kurbelwelle
einer abgeschalteten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei
die Kurbelwelle mittels eines einen Freilauf aufweisenden, elektrischen
Startermotors in eine gewünschte Zielposition zum nachfolgenden
Start der Brennkraftmaschine gedreht wird.
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Stand der Technik
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Zum
Starten von Brennkraftmaschine werden im Allgemeinen Startermotoren
verwendet, die bei stehender Brennkraftmaschine ein sogenanntes Starterritzel
zum Eingriff mit einem Zahnkranz der Kurbelwelle einspuren und die
Kurbelwelle über den so erstellten Ritzel-Zahnkranzeingriff
andrehen. Hierbei wird die Kurbelwelle in eine Rotationsbewegung gesetzt
bevor eine erste Zündung erfolgt. Nach dem Abschalten der
Brennkraftmaschine kommt die Kurbelwelle in einer stabilen Drehwinkelposition
zum stehen. Diese Drehwinkelposition ist jedoch unter Umständen
für einen folgenden Start der Brennkraftmaschine unvorteilhaft,
wenn zum Beispiel keiner der in den Zylindern der Brennkraftmaschine
gelagerten Kolben in einer für eine Zündung günstigen
Position liegen.
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Aus
der
DE 10 2005
004 326 A1 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art
bekannt, bei dem die Kurbelwelle im Stillstand der Brennkraftmaschine in
eine für den Start der Brennkraftmaschine optimale Zielposition
gebracht wird. Hierzu wird der Startermotor so lange betrieben,
bis die Kurbelwelle die Sollposition erreicht hat. Aufgrund des
Freilaufs des Startermotors kann die Drehbewegung der Kurbelwelle
von dem Startermotor nur in eine Drehrichtung beeinflusst werden.
Der Startermotor kann die Rotationsbewegung der Kurbelwelle also
nicht abbremsen. Abhängig von ihrer Drehwinkelposition
weist die Kurbelwelle ein unterschiedliches Dreh-Verhalten in Bezug
auf ihr Drehmoment auf. Je nach Drehwinkelstellung kann die Kurbelwelle
mit einem positiven oder einem negativen Drehmoment beaufschlagt
sein. Das negative Drehmoment kann dabei zur Folge haben, dass die
Kurbelwelle den Startermotor überholt. Dies kann wiederum
dazu führen, dass die gewünschte Zielposition überfahren
wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung sieht vor, dass mindestens eine Kennlinie und/oder Kennwerte
einer Beziehung zwischen einem zurückgelegten Drehweg der
Kurbelwelle und einer Drehwinkelposition bei einer normierten Pulsstromdauer
des Startermotors für einen definierten Betriebsfall ermittelt
wird, dass die aktuelle Drehwinkelposition der Kurbelwelle ermittelt
wird und dass der elektrische Startermotor in Abhängigkeit
von der ermittelten Drehwinkelposition sowie der Zielposition der
Kurbelwelle und der Kennlinie/Kennwerte mit mindestens einer abgeschätzten
Pulsstromdauer beaufschlagt wird. Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren werden also zunächst mindestens eine Kennlinie
und/oder Kennwerte ermittelt, die die Beziehung zwischen dem zurückgelegten
Drehweg der Kurbelwelle und einer Drehwinkelposition, von der aus
der Drehweg der Kurbelwelle zurückgelegt wird, bei einer
normierten Pulsstromdauer, mit der der Startermotor beaufschlagt
wird, für einen definierten Betriebsfall ermittelt. Noch
einfacher ausgedrückt wird also für einen definierten
Betriebsfall ermittelt, wie weit sich die Kurbelwelle aus einer
bestimmten Drehwinkelposition bei einer normierten Pulsstromdauer
bewegt beziehungsweise dreht. Vorteilhafterweise werden für
eine Vielzahl von Drehwinkelposition der Kurbelwelle die beschriebenen
Beziehungen ermittelt, wobei insbesondere Drehwinkelpositionen im
Bereich stabiler Lagen der Kurbelwelle berücksichtigt werden.
Je höher dabei die Anzahl der betrachteten Drehwinkelpositionen
gewählt ist, desto genauer kann die Kurbelwelle positioniert
werden. Das Ermitteln der Kennlinie und/oder der Kennwerte erfolgt
bevorzugt einmalig vorab, wobei die Kennlinie und/oder die Kennwerte
vorteilhafterweise in einem nichtflüchtigen Speicher eines
den Startermotor ansteuernden Steuergeräts hinterlegt werden,
so dass sie jederzeit abgerufen werden können. Um die Kurbelwelle
in die gewünschte Zielposition zu drehen, wird zunächst
die aktuelle Drehwinkelposition der Kurbelwelle bei abgeschalteter
beziehungsweise stillstehender Brennkraftmaschine ermittelt. Dies kann
auf einfache Art und Weise mittels eines gewöhnlichen Sensors erfolgen.
Natürlich kann auch das Signal eines bereits vorhandenen,
entsprechenden Sensors der Brennkraftmaschine genutzt werden. In
Abhängigkeit von der Drehwinkelposition der Kurbelwelle
wird der nötige Drehweg zum Erreichen der Zielposition,
insbesondere der nächstgelegenen Zielposition, bestimmt.
Abschließend wird der elektrische Startermotor in Abhängigkeit
von der ermittelten Werten mit mindestens einer abgeschätzten
Pulsstromdauer zum Erreichen der Zielposition beaufschlagt. Der
Startermotor wird also mit einer Pulsstromdauer beaufschlagt, die
abhängig ist von der ermittelten aktuellen Drehwinkelposition
sowie der (nächstgelegenen) Zielposition und von dem „bekannten",
zuvor ermittelten Verhalten (Kennlinie/Kennwerte) der Kurbelwelle,
wobei insbesondere mittels der Kennlinie/Kennwerte die Pulsstromdauer abgeschätzt
werden kann. Die Abschätzung erfolgt dabei vorteilhafterweise
in Abhängigkeit mindestens eines weiteren Parameters. Durch
die vorab ermittelte Kennlinie (und/oder Kennwerte) werden die von der
Drehwinkelposition abhängigen Drehmomente der Kurbelwelle
mitberücksichtigt. Dadurch kann auch einfache Art und Weise
die nötige Pulsstromdauer für den Startermotor
abgeschätzt und die Kurbelwelle in die gewünschte
Zielposition bewegt werden. Zweckmäßigerweise
befindet sich die gewünschte Zielposition in einem stabilen
Bereich der Kurbelwelle.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung wird die Pulsstromdauer derart
abgeschätzt, dass der elektrische Startermotor mit mindestens
einer weiteren Pulsstromdauer zum Erreichen der Zielposition beaufschlagt
werden muss. Damit die gewünschte Zielposition nicht überfahren
wird, wird die Pulsstromdauer also „konservativ" abgeschätzt.
Das heißt, dass die Pulsstromdauer nach dem Maß verteilt
wird, dass die gewünschte Zielposition in der Regel erst
nach einem zweiten Strompuls erreicht wird. Hierdurch wird ein schnelles
Einstellen der gewünschten Zielposition auf einfache Art
und Weise realisiert.
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Nach
Beaufschlagen des elektrischen Startermotors mit der (ersten) Pulsstromdauer
wird dazu vorteilhafterweise eine weitere Drehwinkelposition der
wieder zum Stillstand gekommenen Kurbelwelle ermittelt. Nachdem
der Startermotor also mit der (ersten) Pulsstromdauer beaufschlagt
wurde, wird die Drehwinkelposition der Kurbelwelle, sobald sie in
einer stabilen Lage zum Stillstand gekommen ist, erneut ermittelt.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit der weiteren ermittelten
Drehwinkelposition der Kurbelwelle und der vorab ermittelten Kennlinie/Kennwerte
die weitere (zweite) Pulsstromdauer abgeschätzt wird. Mit
anderen Worten wird, für den Fall dass sich die Kurbelwelle
nach dem ersten Beaufschlagen mit der (ersten) geschätzten
Pulsstromdauer noch nicht in der Zielposition befindet, das oben
beschriebene Verfahren wiederholt, wobei die neue Drehwinkelposition
bei der Abschätzung der weiteren (zweiten) Pulsstromdauer
berücksichtigt wird.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird
der elektrische Startermotor mit maximal drei Strompulsdauern beziehungsweise
drei Strompulsen zum Erreichen der Zielposition beaufschlagt. Das
Heranfahren der Kurbelwelle an die Zielposition ist somit auf maximal
drei Schritte begrenzt, sodass eine schnelle Einstellung der Kurbelwelle
erfolgt. Durch die Berücksichtigung aktueller Parameter
beim Abschätzen der jeweiligen Pulsstromdauer ist die Zielposition
oder der Zielbereich jedoch meistens bereits nach dem zweiten Pulsstrom
erreicht. Vorteilhafterweise wird um die Zielposition herum ein Toleranzbereich
definiert, in dem sich die Kurbelwelle für einen optimalen
Schnellstart der Brennkraftmaschine befinden kann. Anders gesagt
wird ein Zielbereich vorgegeben, in den die Kurbelwelle für
einen nachfolgenden Start der Brennkraftmaschine gedreht werden
soll.
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Vorteilhafterweise
wird zum Abschätzen der Pulsstromdauer die Spannung eines
den elektrischen Startermotor mit elektrischer Energie versorgenden
Energiespeichers berücksichtigt. Es wird insbesondere die
Abweichung einer maximal möglichen Spannung von einem normierten
Spannungspegel berücksichtigt, sodass die Pulsstromdauer
entsprechend kürzer oder länger abgeschätzt
wird. Darüber hinaus wird durch Berücksichtigen
des Betriebszustands des Energiespeichers auch ein Spannungsabfall
im Bordnetz des Kraftfahrzeugs verhindert.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung wird zum Abschätzen der
Pulsstromdauer die aktuelle Temperatur der Brennkraftmaschine berücksichtigt. Die
Temperatur der Brennkraftmaschine hat insbesondere Auswirkungen
auf die Reibungswerte der Brennkraftmaschine. Diese wiederum wirken
sich direkt auf die Bewegung beziehungsweise das Drehmoment der
Kurbelwelle aus. Insbesondere bei hohen Temperaturen, wenn die Brennkraftmaschine warm
gelaufen ist, fällt das Drehmoment der Kurbelwelle niedriger
aus als bei niedrigen Temperaturen. Zusätzlich oder alternativ
kann auch noch die Betriebszeit der Brennkraftmaschine berücksichtigt
werden, die sich beispielsweise auf die Viskosität eines Schmiermittels
sowie die Temperatur der Brennkraftmaschine auswirkt.
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Ferner
wird mit Vorteil zum Abschätzen der Pulsstromdauer ein
Schätzfaktor berücksichtigt, der in Abhängigkeit
von der Differenz/Abweichung der aktuellen Drehwinkelposition der
Kurbelwelle zur Zielposition bestimmt wird. Bei einer großen
Abweichung der aktuellen Drehwinkelposition der Kurbelwelle zur
Zielposition ist zweckmäßigerweise ein größerer
Schätzfaktor vorgesehen, also einer, der die Pulsstromdauer
verlängert beziehungsweise nach oben korrigiert, als bei
einem kleinen Abstand. Dies hat zur Folge, dass um so näher
die Kurbelwelle an der Zielposition liegt, die Bewegung beziehungsweise
Drehung der Kurbelwelle kleiner ausfällt. Dadurch wird
die Kurbelwelle vorteilhaft an die Zielposition herangeführt.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass die Kennlinie/Kennwerte für einen
Start-Stop-Betrieb als Betriebsfall der Brennkraftmaschine ermittelt
werden. Zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs von Kraftfahrzeugen
hat sich insbesondere ein Abschalten der Brennkraftmaschine bei
längeren Stopzeiten, wie zum Beispiel vor Ampeln, bewährt.
Dieses Abschalten kann sowohl manuell durch den Fahrer als auch mechanisch
und elektronisch durch den sogenannten Start-Stop-Betrieb umgesetzt
werden. Hierdurch wird jedoch der Startermotor stark belastet, darüber hinaus
variiert die Startzeit beim folgenden Starten der Brennkraftmaschine
in Abhängigkeit von der Drehwinkelposition, in der die
Kurbelwelle nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine zum stehen kommt.
Dass die Kennlinie/Kennwerte für einen Start-Stop-Betrieb
ermittelt werden, bedeutet im Wesentlichen, dass die Kennlinie/Kennwerte
bei warmgelaufener Brennkraftmaschine ermittelt werden. Die Kennlinie/Kennwerte
werden bevorzugt experimentell vorab ermittelt und gespeichert.
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Vorteilhafterweise
wird der Startermotor voreingespurt. Das bedeutet, dass das Antriebsritzel des
Startermotors bereits im Eingriff mit einem Zahnkranz der Kurbelwelle
steht, wenn die Kurbelwelle zum Stillstand kommt, sodass die dem
Startermotor zugeführte Energie direkt in eine Drehbewegung
umgesetzt werden kann. Alternativ ist es natürlich auch denkbar,
dass das Antriebsritzel erst nach Stillstand der Kurbelwelle eingespurt
wird.
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Ferner
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen
des obenstehenden Verfahrens mit mindestens einem einen Freilauf
aufweisenden elektrischen Startermotor und einem den Startermotor ansteuernden
Steuergerät, sowie einem Sensor zum Erfassen der aktuellen
Drehwinkelposition einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine. Erfindungsgemäß weist
das Steuergerät einen Bypassstromkreis mit Strombegrenzung
auf, der parallel zu einem Hauptstromkreis geschaltet ist. Dadurch
kann der Startermotor mit Strompulsen beaufschlagt werden, um die
Kurbelwelle in die gewünschte Zielposition zu bewegen/drehen,
ohne dass der Hauptstromkreis zugeschaltet wird. Dadurch ist ein
Trennen von dem Positionieren der Kurbelwelle von dem eigentlichen Start
beziehungsweise Andrehvorgang möglich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher
erläutert werden. Dazu zeigen
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1 einen
Startermotor einer Brennkraftmaschine in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung,
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2 ein
Funktionsblockdiagramm eines Steuergeräts für
den Startermotor,
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3 ein
Diagramm mit stabilen Drehwinkelbereichen einer Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine,
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4 ein
Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Verfahrens,
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5 ein
erstes Beispiel für die Anwendung des Verfahrens,
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6 ein
zweites Beispiel für die Anwendung des Verfahrens und
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7 ein
drittes Beispiel für die Anwendung des Verfahrens.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 zeigt
beispielhaft in einer perspektivischen Darstellung einen Startermotor 1 einer Brennkraftmaschine
einer Antriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, der ein einspurbares
und/oder voreinspurbares Antriebsritzel 2 aufweist. An
dem Startermotor 1 ist ein Steuergerät 3 angeordnet,
welches den Startermotor 1 ansteuert. Das Steuergerät 3 weist
eine Anschlussvorrichtung 4 auf, an die ein hier nicht
dargestelltes Steuergerät der Antriebsvorrichtung anschließbar
ist. Weiterhin weist das Steuergerät 3 eine Anschlussvorrichtung 5 auf,
an die ein Sensor zum Erfassen der Drehwinkelposition einer von dem
Startermotor 1 antreibbaren Kurbelwelle 6 der Brennkraftmaschine
anschließbar ist. Im in 1 dargestellten,
eingespurten Zustand des Antriebsritzels 2 wirkt dieses
mit einem drehfest mit der Kurbelwelle 6 verbundenen Zahnkranz 7 zusammen,
sodass eine Drehbewegung des Antriebsritzels 2 auf die
Kurbelwelle 6 übertragen werden kann. Der Startermotor 1 beziehungsweise
das Antriebsritzel 2 weisen einen Freilauf auf, sodass
das das Antriebsritzel 2 nur in eine Drehrichtung eine
Kraft übertragen kann.
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Die 2 zeigt
ein Funktionsblockdiagramm des Steuergeräts 3 des
Startermotors 1 für einen Start-Stop-Betrieb der
Brennkraftmaschine. Im Start-Stop-Betrieb wird die Brennkraftmaschine
in Phasen, in denen sie keine Leistung bringen muss, wie zum Beispiel
wenn das Kraftfahrzeug vor einer roten Ampel steht, kurzzeitig ausgeschaltet
beziehungsweise abgeschaltet. Eine Steuereinheit 8 der Antriebsvorrichtung
gibt der Steuereinheit 3 des Steuergeräts den
Start-Stop-Betrieb vor. Von dem Steuergerät 3 des Startermotors 1 wird
darüber hinaus eine Einspurvorrichtung 9 angesteuert,
die das Antriebsritzel 2 axial bewegt, um es aus dem in
der 2 dargestellten, nichteingespurten Zustand in den
in der 1 dargestellten eingespurten Zustand zu bringen.
Das Steuergerät 3 weist weiterhin zu einem Hauptstromkreis
einen parallel geschalteten Bypass-Stromkreis mit einer durch einen
Vorwiderstand RV realisierten Strombegrenzung
auf. Dadurch ist es möglich, den normal ausgebildeten Startermotor 1 auch
im eingespurten Zustand anzudrehen, ohne dass der Hauptstromkreis
geschlossen wird.
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Der
Startermotor 1 kann im eingespurten Zustand die Kurbelwelle 6 der
Brennkraftmaschine in nur eine Richtung antreiben. Je nach Drehwinkelstellung
der Kurbelwelle wirkt dabei eine Last auf dem Startermotor 1.
Die 3 zeigt dazu in einem Diagramm das Verhalten der
Kurbelwelle in unterschiedlichen Drehwinkelpositionen. Das Diagramm
zeigt den Verlauf 10 eines Kurbelwellendrehmoments M über
die Drehwinkelposition α der Kurbelwelle. Der Verlauf 10 weist
einen im Wesentlichen sinus- beziehungsweise kosinusförmigen
Verlauf über die Drehwinkelposition α auf. Dabei
durchläuft die Kurbelwelle pro Umdrehung mehrere drückende
Zonen 11, 12, in denen das Drehmoment größer
Null ist, und mehrere ziehende Zonen 13, 14, in
denen das Drehmoment kleiner Null ist. In dem Diagramm sind weiterhin
zwei Linien 15 und 16 eingezeichnet, die einen
Bereich 17 definieren, der das Reibmoment der Brennkraftmaschine
wiedergibt/darstellt. Oberhalb der Linie 15 ist ein weiterer
Bereich 18 eingezeichnet, der das Hemmungsmoment des Startermotors 1 definiert.
Das Hemmungsmoment des Startermotors 1 wirkt einem Rückpendeln
der Kurbelwelle bis zu einem gewissen Grad (circa 10 Nm) entgegen.
Da der Startermotor 1 aufgrund des Freilaufs die Kurbelwelle 6 nicht
abbremsen kann, wirkt das Hemmungsmoment nur einseitig, bei Drehmomenten
größer Null. Der Verlauf 10 des Drehmoments
der Kurbelwelle weist seine maximalen positiven und negativen Werte
außerhalb der Bereiche 17 und 18 auf.
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In
den Abschnitten des Verlaufs 10, die innerhalb der Bereiche 17 und/oder 18 liegen,
befinden sich so genannte stabile Bereiche 19, 20, 21, 22, 23, in
denen die Kurbelwelle 6 nach einem Abschalten der Brennkraftmaschine
zum Stillstand kommt, da in diesen Bereichen das Reibmoment der
Brennkraftmaschine und/oder das Hemmungsmoment des Startermotors 1 größer
als das Drehmoment der Kurbelwelle 6 sind. Um einen schnellen
Start der Brennkraftmaschine im Start-Stop-Betrieb zu gewährleisten,
wird die Kurbelwelle 6 mittels des in der 4 dargestellten
Verfahrens in eine gewünschte Zielposition verdreht, die
zweckmäßigerweise in einem der stabilen Bereichen 19 bis 23 liegt.
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Die 4 zeigt
in einem Flussdiagramm ein Ausführungsbeispiel eines vorteilhaften
Verfahrens zum Positionieren der Kurbelwelle 6 bei abgeschalteter
Brennkraftmaschine im Start-Stop-Betrieb. In einem ersten Schritt 24 wird
das Verfahren gestartet. In einer darauf folgenden Abfrage 25 wird überprüft,
ob ein Start-Stop-Betrieb der Antriebsvorrichtung beziehungsweise
der Brennkraftmaschine vorliegt. Ist dies nicht der Fall, zum Beispiel
wenn die Brennkraftmaschine durch Drehen des Zündschlüssels
abgeschaltet wird, wird das Verfahren in einem darauffolgenden Schritt 26 beendet.
Liegt hingegen ein Start-Stop-Betrieb vor, so folgt eine weitere
Abfrage 27, in der überprüft wird, ob
das Antriebsritzel 2 des Startermotors 1 eingespurt
ist. Sobald dies – das Einspuren – erfolgt ist,
folgt eine weitere Abfrage 28, in der der Betriebszustand
der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Erst wenn sich die Brennkraftmaschine
im Stillstand befindet erfolgt eine weitere Abfrage 29.
Hier wird die Drehwinkelposition der Kurbelwelle 6 der
Brennkraftmaschine überprüft und mit einer Zielposition
oder einem Zielbereich verglichen. Befindet sich die Kurbelwelle 6 in
einer Drehwinkelposition, die in einem Zielbereich liegt oder einer
Zielposition entspricht, führt dies zum Abbruch des Verfahrens
im Schritt 26.
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Wird
jedoch mittels des bereits oben erwähnten Sensors zur Erfassung
der Drehwinkelposition der Kurbelwelle 6 ermittelt, dass
sich die Kurbelwelle in einer Drehwinkelposition außerhalb
des Zielbereichs oder einer Zielposition befindet, erfolgt eine weitere
Abfrage 30, in der die Quantität der Abweichung
der Drehwinkelposition zur Zielposition beziehungsweise zum Zielbereich
bestimmt wird. Ist die Abweichung nur gering, so erfolgt in einem
weiteren Schritt 31 eine Berechnung des Abstandes der Drehwinkelstellung
der Kurbelwelle 6 zu der nächsten/nächstgelegenen
Zielposition oder zu dem nächsten/nächsgelegenen
Zielbereich. Dabei wird ein Schätzfaktor berücksichtigt,
der abhängig von dem Abstand der aktuellen Drehwinkelposition
der Kurbelwelle 6 zu der Zielposition/zu dem Zielbereich bestimmt
wird. Wird in der Abfrage 30 ermittelt, dass die Abweichung
zur Zielposition groß ist, so wird der Schätzfaktor
in einem auf der Abfrage 30 folgenden Schritt 32 nach
oben korrigiert.
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Auf
den Schritt 31 folgt in einem Schritt 33 die Bestimmung
einer Pulsstromdauer, mit der der Startermotor 1 im darauf
folgenden Schritt 34 beaufschlagt wird, um die Kurbelwelle 6 in
ihre Zielposition beziehungsweise ihren Zielbereich zu bewegen.
Der nach oben korrigierte Schätzfaktor bewirkt hierbei eine
vergleichsweise längere Pulsstromdauer. Sobald die Kurbelwelle 6 der
Brennkraftmaschine wieder zum Stillstand kommt, was durch die Abfrage 28 ermittelt
wird, wird erneut überprüft, ob die aktuelle Drehwinkelposition
der/dem gewünschten Zielposition/Zielbereich entspricht
(Abfrage 29). Ist dies der Fall so wird das Verfahren im
Schritt 27 beendet.
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Liegt
die Kurbelwelle jedoch noch immer nicht im Zielbereich beziehungsweise
in ihrer gewünschten Zielposition so wird erneut die Abweichung
zur Zielposition in der Abfrage 30 ermittelt, ein entsprechender
Schätzfaktor vorgegeben und der Startermotor 1 mit
einer bestimmten Pulsstromdauer beaufschlagt. Bei der Berechnung
der Pulsstromdauer im Schritt 33 werden mindestens eine
vorab ermittelte Kennlinie und/oder Kennwerte, die eine Beziehung
zwischen einem zurückgelegten Drehweg der Kurbelwelle 6 und
einer Drehwinkelposition bei einer normierten Pulsstromdauer des
Startermotors 1 für einen Start-Stop-Betrieb,
hinzugezogen. Die Kennlinie beziehungsweise die Kennwerte geben
also wieder, wie weit sich die Kurbelwelle 6 aus einer
bestimmten Drehwinkelposition durch Beaufschlagung des Startermotors 1 mit
einer genormten Pulsstromdauer herausbewegt. Mittels dieser Werte
kann, wie oben beschrieben, eine nötige Pulsstromdauer
zum Erreichen der Zielposition abgeschätzt werden. Um die
Kurbelwelle 6 in möglichst wenigen Schritten (maximal
drei) in ihre Zielposition zu bewegen, wird der Schätzfaktor
in Abhängigkeit von den oben genannten Parametern, wie
zum Beispiel Drehwinkelposition der Kurbelwelle, Betriebstemperatur
der Brennkraftmaschine und/oder Anzahl der Pulsströme,
vorgegeben. Vorteilhafterweise wird der Schätzfaktor derart vorgegeben,
dass bei mehreren Pulsströmen, beziehungsweise bei mehreren
Stellbewegungen des Startermotors 1 zum Erreichen einer
Zielposition, die Pulsstromdauer von mal zu mal verkürzt
wird.
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In
einem in der 4 nicht dargestellten Verfahrensschritt
kann das Verfahren dadurch erweitert werden, das bei der Bestimmung
der Pulsstromdauer im Schritt 33 weitere Parameter, wie
zum Beispiel die Betriebstemperatur und/oder Betriebszeit der Brennkraftmaschine
sowie der aktuell vorliegende Spannungspegel eines den Startermotor 1 mit
Energie versorgenden Energiespeichers, berücksichtigt werden.
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In
den folgenden 5, 6 und 7 soll das
vorteilhafte Verfahren anhand einiger praktischer Beispiele näher
erläutert werden. Wobei die 5, 6 und 7 unter
anderem das aus der 3 bekannte Diagramm zeigen,
sodass hierzu auf die Beschreibung der 3 verwiesen
wird.
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In
dem ersten in der 5 dargestellten Beispiel wird
in Schritt 29 des Verfahrens der 4 ermittelt,
dass sich die Kurbelwelle 6 in einer Drehwinkelstellung 34 befindet
(gekennzeichnet durch Pfeil 34). Logischerweise befindet
sich die Drehwinkelstellung 34 in einem stabilen Bereich 20.
Eine nächste beziehungsweise nächstgelegene Zielposition 35 liegt
in dem gleichen stabilen Bereich 20. In Folge dessen wird
in der Anfrage 30 ermittelt, dass die Abweichung zur Zielposition 35 gering
ist und der normalerweise klein vorgegebene Schätzfaktor
nicht korrigiert werden muss.
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Im
unteren Bereich der 5 ist ein zweites integriertes
Diagramm dargestellt, welches die auf den Startermotor 1 beaufschlagte
Spannung U über eine Zeit t darstellt. Aufgrund der im
Schritt 30 ermittelten kleinen Abweichung zur Zielposition 35 wird
in Abhängigkeit des „bekannten" Verhaltens der
Kurbelwelle beziehungsweise der Kennlinie/Kennwerte eine kleine
Pulsstromdauer Δt1 bestimmt/berechnet in
der der Startermotor 1 mit der Spannung U beaufschlagt
wird. Da sich die Kurbelwelle 6 in dem stabilen Bereich 20 befindet,
verringert sich ihre Drehzahl n, nach erfolgter Beaufschlagung des
Startermotors 1 über die Zeit Δt1, aufgrund der Reibungskräfte der Brennkraftmaschine
schnell, bis die Kurbelwelle in der Zielposition zum Stillstand
kommt. In dem vorliegenden Fall reicht also eine einmalige Beaufschlagung
des Startermotors 1 mit der Pulsstromweite Δt1 aus, um die Kurbelwelle in ihre Zielposition 35 zu
bewegen.
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Die 6 zeigt
ein zweites Beispiel, welches sich zu dem vorhergehenden Beispiel
darin unterscheidet, dass sich die Zielposition 35 hinter
einer ziehenden Zone 13 befindet. Die ermittelte aktuelle Drehwinkelstellung
der Kurbelwelle 6 entspricht der ermittelten Drehwinkelstellung 34 aus
der 5. Sie liegt also in dem stabilen Bereich 20.
Die nächstgelegene Zielposition 35 befindet sich
jedoch in dem stabilen Bereich 21, der auf die ziehende
Zone 13 folgt. Im Gegensatz zu dem vorhergehenden Beispiel
wird hier in dem Verfahren gemäß der 4 der
Schätzfaktor im Schritt 32 nach oben korrigiert,
da die Abweichung der ermittelten Drehwinkelstellung 34 zur Zielposition 35 groß ist.
Mit Hilfe der ermittelten Kennlinie/Kennwerte wird zunächst „konservativ" eine
erste Pulsstromdauer Δt2 vorgegeben,
mit der der Startermotor 1 beaufschlagt wird. Hierdurch
wird die Kurbelwelle 6 aus dem stabilen Bereich 20 herausbewegt/gedreht.
Die Pulsstromdauer Δt2 ist derart gewählt/geschätzt,
dass der Startermotor 1 erst nach dem Austreten aus dem
stabilen Bereich 20 abgeschaltet wird. Aufgrund des Freilaufs
kann die Kurbelwelle 6 in der ziehenden Zone 13 weiterdrehen,
bis sie in dem Folgenden stabilen Bereich 21 zum Stillstand
kommt. Dies ist beispielhaft mittels der Drehzahl n in dem integrierten
Diagramm im unteren Bereich der 6 dargestellt.
Sobald sich die Kurbelwelle im Stillstand befindet, was durch die
Abfrage 28 überprüft wird, wird ihre
aktuelle Drehwinkelstellung 36 ermittelt und wie oben beschrieben
mit der Zielposition 35 verglichen. Da nunmehr die Abweichung
zur Zielposition 35 gering ausfällt, wird eine
kleine Pulsstrombreite Δt3 mit
Hilfe der vorab ermittelten Kennlinie/Kennwerte und des entsprechend
gewählten/bestimmten Schätzfaktors berechnet.
Der über die abgeschätzte Pulsstromdauer Δt3 beaufschlagte Startermotor 1 wird
derart beschleunigt, dass sich die Drehzahl n der Kurbelwelle 6 anschließend
aufgrund der Reibungskräfte der Brennkraftmaschine schnell verlangsamt,
bis die Kurbelwelle 6 in der Zielposition 35 zum
Stillstand kommt. Alternativ zu einer definierten Zielposition (35)
kann natürlich auch ein Zielbereich vorgegeben werden,
in dem sich die Kurbelwelle 6 befinden soll.
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Die 7 zeigt
ein Beispiel für den Fall, dass sich die Zielposition 35 hinter
einer drückenden Zone 14 befindet. Im Beispiel
der 7 wird im Start-Stop-Betrieb mittels des Verfahrens
aus der 4 ermittelt, dass die aktuelle
Drehwinkelstellung 34 der Kurbelwelle 6 im stabilen
Bereich 21 liegt. Hierbei wird der Startermotor 1 auf
Grund des vorteilhaften Verfahrens mit einer Pulsstromdauer Δt4 derart beaufschlagt, dass die Kurbelwelle 6 solange
angetrieben wird, bis sie in den folgenden stabilen Bereich 22 gelangt.
Dies ist notwendig da die drückende Zone 12 überbrückt
werden muss. Ansonsten könnte es geschehen, dass die Kurbelwelle 6 wieder
in den stabilen Bereich 21 zurückpendelt. Die
Pulsstromdauer wird insbesondere entsprechend auf Grund des bekannten/ermittelten
Drehmomentverhaltens abgeschätzt. Sobald die Kurbelwelle 6 in
dem stabilen Bereich 22 zum Stillstand gekommen ist, wird
erneut, wie oben beschrieben, eine aktuelle Drehwinkelposition 37 erfasst
und mit der Zielposition 35 verglichen. In dem vorliegenden
Beispiel wird durch das vorteilhafte Verfahren der Startermotor 1 mit
einer Pulsstromdauer Δt5 beaufschlagt,
wodurch die Kurbelwelle 6 zunächst beschleunigt
wird. Die Pulsstromdauer Δt5 ist
gemäß des vorteilhaften Verfahrens derart abgeschätzt,
dass sich die Drehzahl anschließend derart verringert,
dass die Kurbelwelle 6 in der Zielposition 35 zum
Stillstand kommt.
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Durch
das oben beschriebene, prädikative Verfahren, bei dem die
vorab ermittelten Kennwerte/Kennlinie(n) zur Bestimmung jeweils
einer Pulsstromdauer in Abhängigkeit der aktuellen Drehwinkelposition
der Kurbelwelle 6 verwendet werden, ist es auf einfache
Art und Weise möglich, die Kurbelwelle 6 in eine
für den Start der Brennkraftmaschine vorteilhafte Position
zu bewegen. Das vorteilhafte Verfahren bietet die Möglichkeit,
die Kurbelwelle 6 mittels eines herkömmlichen
Startermotors 1 zu positionieren. Das Verfahren kann auf
einfache und kostengünstige Art und Weise in dem Steuergerät 3 des Startermotors 1 oder
alternativ, hier nicht dargestellt, in das Steuergerät 8 der
Antriebsvorrichtung integriert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005004326
A1 [0003]