DE102008040431A1

DE102008040431A1 - Verfahren zur Detektion von Antriebsfunktionen eines Kraftfahrzeugs, Computerprogrammprodukt, Steuervorrichtung und elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102008040431A1
Application number: DE102008040431A
Authority: DE
Inventors: Martin Neuburger; Karl-Otto Schmidt; Apostolos Tsakiris
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2010-01-21

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Detektion von Antriebsfunktionen von Antriebskomponenten eines Antriebssystems in einem Kraftfahrzeug beschrieben, wobei die Antriebskomponenten der Brennkraftmaschine (1) mindestens eine elektrische Maschine in Wirkverbindung mit der Brennkraftmaschine (1) und einen elektrischen Energiespeicher als Antriebskomponente umfassen und die elektrische Maschine mit einer, insbesondere über ein Bussystem (8) verbindbaren Steuer- und Auswertevorrichtung ausgebildet ist. Zur Schonung von Kraftstoffressourcen und Emissionen eines Kraftfahrzeugs zu reduzieren, werden mit der Steuer- und Auswertevorrichtung (12) Funktionen von mindestens einer Antriebskomponente des Antriebssystems für einen Betrieb der Brennkraftmaschine (1) gemessen und ausgewertet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Detektion von Antriebsfunktionen von Betriebskomponenten eines Antriebssystems in einem Fahrzeug, wobei die Antriebskomponenten eine Brennkraftmaschine, mindestens eine elektrische Maschine in Wirkverbindung mit der Brennkraftmaschine und einen elektrischen Energiespeicher umfassen und die elektrische Maschine mit einer, insbesondere über ein Bussystem, verbindbaren Steuer- und Auswertevorrichtung ausgebildet ist.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Computerprogrammprodukt, eine Steuervorrichtung sowie eine elektrische Maschine.
Es ist bekannt, Fahrzeuge mit Brennkraftmaschinen mit Hilfe einer elektrischen Maschine, einem sogenannten Starter, zu starten. Dieser Starter wird rein elektrisch betrieben mit im Wesentlichen mechanischen und elektrischen Komponenten, die keine elektronische Steuerlogik umfassen. Um Emissionen von Fahrzeugen zu reduzieren, sind Startsysteme bekannt geworden, bei denen Starter und Generatoren zu einem System vereint sind, die als sogenannte Riemen-Starter-Generatoren (RSG) oder integrierte Starter-Generatoren (ISG) bezeichnet werden. Ferner sind sogenannte Vollhybridantriebe mit einer elektrischen Maschine als Antrieb bekannt.
Die DE 10 2006 012858 beschreibt ein Verfahren zur Diagnose von Aussetzern und Bestimmung der Laufruhe einer Verbrennungskraftmaschine, wobei Signale der elektrischen Maschine mit Steuersignalen der Verbrennungskraftmaschine synchronisiert auf einer gemeinsamen Zeitbasis ausgewertet werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt, eine Steuervorrichtung und eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine elektrische Maschine mit einer Steuervorrichtung im Fahrzeug zur Schonung von Kraftstoffressourcen effizienter eingesetzt wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1, 11, 12 und 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein Gedanke der Erfindung ist, eine elektrische Maschine als Starter oder Generator mit einer elektronischen Intelligenz zu erweitern, die Zusatzfunktionen übernimmt und zu einer emissionsärmeren und effizienteren Fahrweise durch Kraftstoffeinsparungen mit dem Fahrzeug beiträgt. Diese Intelligenz erzeugt Informationen, die für die Steuerung der elektrischen Maschine oder von anderen Vorrichtungen wichtig sein können.
Erfindungsgemäß werden mit der Steuer- und Auswertevorrichtung von der elektrischen Maschine Funktionen von mindestens einer Antriebskomponente des Antriebssystems für einen Betrieb der Brennkraftmaschine gemessen und ausgewertet. Die Brennkraftmaschine bildet eine Last für die elektrische Maschine. Aufgrund der Interaktion bzw. Rückwirkung der elektrischen Maschine und der Last der Brennkraftmaschine können die Funktionen von verschiedenen Antriebskomponenten wie beispielsweise die Brennkraftmaschine, der elektrischen Maschine selbst oder von einem Energiespeicher gemessen und ausgewertet werden und abhängig von diesen Informationen die Antriebskomponenten beim Betrieb eines Fahrzeugs gezielt und zeitlich begrenzt eingesetzt werden.
Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform werden bevorzugt während eines Startvorgangs der Brennkraftmaschine die Funktionen von mindestens einer Antriebskomponente gemessen und ausgewertet. Dies hat den Vorteil, dass während eines sehr kurzen Startvorgangs eine Vielzahl von Informationen von den Antriebskomponenten Ressourcen schonend gesammelt werden können und für den Betrieb des Fahrzeugs eingesetzt werden können.
Um den Gesundheitszustand einer Brennkraftmaschine kurzzeitig beispielsweise beim Start zu detektieren, wird bevorzugt die Last der elektrischen Maschine, die als Starter für die Brennkraftmaschine eingesetzt wird, durch messen und auswerten von Motorkennwerten der elektrischen Maschine bestimmt und ausgewertet.
Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform werden Motorkennwerte der elektrischen Maschine zuerst ohne Last und somit ohne Wirkverbindung zur Brennkraftmaschine detektiert und danach Motorkennwerte der elektrischen Maschine mit zugeschalteter Last, also in direkter Wirkverbindung mit der Brennkraftmaschine detektiert und ausgewertet.
Durch den Vergleich von Motorkennwerten der elektrischen Maschine mit und ohne Last können Informationen für die elektrische Maschine und den Energiespeicher sowie die Brennkraftmaschine noch genauer erzeugt und ausgewertet werden.
Beim Startvorgang können Größen, wie die Motordrehzahl durch die elektrische Maschine, die der Starter ist, über den Stromverbrauch des Starters erfasst werden. Aufgrund des Steuerstroms des Starters, der zeitabhängig erfasst wird, können Informationen in Form von Daten über die Brennkraftmaschine erfasst und ausgewertet werden. Bei Hybridfahrzeugen, die entweder als Mildhybrid mit einer einfachen Start-Stopp-Automatik der Brennkraftmaschine ausgerüstet sind oder als Vollhybrid, d. h. die Fortbewegung auch mittels der elektrischen Maschine ausführbar ist, kann somit aufgrund einer erhöhten Startanzahl während einer Fahrt ohne großen Aufwand re gelmäßig eine wiederholende Diagnose der Brennkraftmaschine und/oder den Antriebskomponenten durchgeführt werden.
Da eine herkömmliche elektrische Maschine, wie sie in Kraftfahrzeugen eingesetzt ist, Permanentmagneten aufweist, die auf Temperaturunterschiede reagieren, können Motorkennwerte der elektrischen Maschine, beispielsweise die Spannung und der Strom, temperaturabhängig gemessen werden. Von den Stromwerten kann dann die Temperatur der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine abgeleitet werden. Da die elektrische Maschine mit der Brennkraftmaschine über einen Flansch, der auch elektrisch isoliert sein kann, verbunden ist, kann grundsätzlich von der Prämisse ausgegangen werden, dass die Temperatur der elektrischen Maschine im Wesentlichen der Brennkraftmaschine entspricht und umgekehrt.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird aus den gemessenen Motorkennwerten der elektrischen Maschine, insbesondere unter Bezugnahme einer Zeitkomponente der Ladezustand einer Batterie als Energiespeicher bestimmt. Dies hat den Vorteil, dass ein elektrischer Batteriesensor (EBS), der den Zustand der Batterieladung als zusätzliches Bauelement bisher ermittelte, überflüssig wird und somit eingespart werden kann. Der Ladezustand der Batterie kann durch das erfindungsgemäße Verfahren auch deshalb ermittelt werden, da eine elektrische Maschine mit einer Steuer- und Auswertevorrichtung als eines der wenigen Steuergeräte direkt an die Batterie angeschlossen ist, wobei die Steuervorrichtung zwischen Batterie und elektrischer Maschine geschaltet ist. Somit kann aufgrund der elektronisch ausgebildeten Intelligenz an der elektrischen Maschine der Ladezustand der Batterie detektiert und bestimmt werden. Durch die Belastung der Batterie mittels der elektrischen Maschine können qualitativ hochwertige Messwerte zur Bestimmung des Ladezustands der Batterie gewonnen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können Funktionen einer Steuerung, die als Hybridkoordinator fungiert, zumindest zum Teil oder vollständig übernommen werden. Hierfür wird aus Informationen von Drehmomentanforderungen des Fahrers von dem Ladezustand der Batterie ein Start bzw.
Stopp der Brennkraftmaschine abgeleitet. Die elektronische Intelligenz entscheidet somit selbstständig, ob die Brennkraftmaschine sofort oder verzögert gestartet werden soll, oder ob die Brennkraftmaschine gestoppt werden soll, da aus den Umgebungsbedingungen ein Betrieb der Brennkraftmaschine temporär nicht notwendig ist.
Um den Zustand der Brennkraftmaschine noch genauer zu detektieren, wird aus den gemessenen Motorkennwerten der elektrischen Maschine unter Bezugnahme einer Zeitkomponente der Zustand der Brennkraftmaschine bestimmt, insbesondere nach einer zeitbasierten Synchronisierung mit der Motorsteuerung der Brennkraftmaschine. Es können somit jeder einzelne Zylinder des Motors als periodische Kompressionen in Form einer entsprechend veränderlichen Motordrehzahl detektiert werden, so dass die Qualität des Zündvorgangs von jedem einzelnen Zylinder abgeleitet und ausgewertet werden kann. Es kann festgestellt werden, ob eine einzelne Zündkerze beispielsweise funktionsuntüchtig ist oder ein Kompressionsverlust aufgrund einer defekten Zylinderkopfdichtung oder eine andere Beschädigung an der Dichtigkeit oder an einem Spiel der Mechanik einschließlich dem Pleuel, der Nockenwelle, der Kurbelwelle, dem Lager oder an den Kolbenringen bzw. einer Ventilschaftdichtung vorliegt.
Vorteilhafterweise wird aus den gemessenen Motorkennwerten der elektrischen Maschine unter Bezugnahme einer Zeitkomponente der Zustand der elektrischen Maschine bestimmt, in dem IST-Motorkennwerte mit in einem Speicher niedergelegten, historischen Motorkennwerten verglichen werden. Durch das Generieren einer Art Datenlogger mit einer Aufzeichnung über die Anzahl der Starts, Anzahl der Kaltstarts, Warmstarts kann ein Verschleiß, Relaisbruch, Ratscher, Blindschaltungen, Ritzelverschleiß usw. detektiert werden. Blindschaltungen treten beispielsweise auf, wenn eine zu große oder zu kleine Batterie statt vorgesehen ersetzt wird und somit die elektrische Maschine entweder überlastet oder einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt ist. Diese Informationen spiegeln somit direkte Felddaten wieder, über die beispielsweise Garantieansprüche abgewickelt oder eine erweiterte Garantie unter gewissen Prämissen gewährleistet werden könnte.
Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform, wird bevorzugt ein Diagnosemuster künstlich erzeugt, beispielsweise dadurch dass insbesondere bei der Brennkraftmaschine während eines Startvorgangs nicht eingespritzt wird. Somit lässt sich die Fehlersuche beispielsweise in der Werkstatt auf fehlerhafte Komponenten noch besser einschränken und die Funktionstüchtigkeit der Brennkraftmaschine auf fehlerhafte Komponenten noch besser konzentrieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, welches in einem Programmspeicher einer Steuervorrichtung mit Programmbefehlen ladbar ist, um alle Schritte des obenbeschriebenen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuervorrichtung eines Kraftfahrzeugs ausgeführt wird. Ein wesentlicher Vorteil ist somit, dass lediglich ein Computerprogrammprodukt geschaffen werden muss, dass die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte implementiert ausführt. Die Bauteile und Informationen in der elektronischen Steuerung sind zur Realisierung eines Fahrzeugs mit einer erweiterten Start-Stopp-Strategie im Wesentlichen bereits realisiert und vorhanden. Die Erfindung ist deshalb einfach und kostengünstig ausführbar.
Eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere für eine elektrische Maschine, besonders bevorzugt einen Starter, ist zwischen Starter und Batterie schaltbar und ist in Wirkverbindung mit weiteren Steuergeräten des Fahrzeugs bringbar, wobei die Steuervorrichtung das oben beschriebene Computerprogrammprodukt ausführt. Die Steuervorrichtung hat den Vorteil, dass sie den Starter ressourcenschonend ansteuern kann und gleichzeitig weitere, oben beschriebene Funktionen in Form eines Verfahrens übernehmen kann.
Vorteilhafterweise weist die Steuervorrichtung eine Überspannungsschutzeinrichtung auf, die der elektrischen Maschine bei Energiespitzen elektrische Energie zuführt. Die Überspannungsschutzeinrichtung bildet somit einen sogenannten Load-Dump-Schutz. Spannungsspitzen können beispielsweise beim Abfall eines Kabels von der Batterie auftreten und der Generator weiter Strom produziert. Durch die Überspannungsschutzeinrichtung werden Fahrzeugkomponenten wie die Batterie und andere elektrische Komponenten schonend behandelt.
Die Erfindung wird auch durch eine elektrische Maschine gelöst, insbesondere einen Starter und/oder Generator für ein Kraftfahrzeug mit einer oben beschriebenen Steuervorrichtung, wobei die elektrische Maschine als intelligenter Sensor zur Diagnose von Zuständen von Antriebskomponenten, die eine Brennkraftmaschine, eine Batterie sowie die elektrische Maschine selbst umfassen, einsetzbar ist. Die elektrische Maschine in einem Fahrzeug kommt einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung somit nicht nur eine herkömmliche Funktion als Starter einer Brennkraftmaschine oder Generator eines Fahrzeugs zu, sondern sie kann gleichzeitig als Sensor eingesetzt werden, die zusammen mit der Steuervorrichtung eine Diagnoseeinheit bildet, um Fehler bzw. Beschädigungen der Antriebskomponente schneller zu detektieren, und zu lokalisieren oder die Betriebsstrategie beispielsweise bezüglich Start-Stopps der Brennkraftmaschine ressourcenschonend zu verbessern.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.
Kurzbezeichnungen der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Schaltplan mit Antriebskomponenten eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs,
2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 ein Drehzahl-Zeit-Diagramm einer Brennkraftmaschine,
4 ein Strom-Zeit-Diagramm eines Starters.
Die 1 zeigt einen schematischen Schaltplan von Antriebskomponenten eines Antriebssystems von einem Fahrzeug. Die Antriebskomponenten umfassen eine Brennkraftmaschine 1, eine elektrische Maschine, die als Starter 2 in Wirkverbindung mit der Brennkraftmaschine 1 steht und eine weitere elektrische Maschine, die als Generator 3 eingesetzt ist. Als Energiespeicher ist eine Batterie 4 vorgesehen, die den Starter 2 mit ausreichender elektrischer Energie versorgt und von dem Generator 3 gespeist wird.
Jede Antriebskomponente, die Brennkraftmaschine 1, der Starter 2 und der Generator 3 haben jeweils eine mit Aktoren A₁, A₂, A₃ und Sensoren S₁, S₂, S₃ ausgebildete Steuervorrichtung 11, 12 und 13. Bei den Aktoren A₁ der Brennkraftmaschine 1 handelt es sich beispielsweise um Drosselklappe, Ein- und Auslassventile und Abgasrückführventile und bei den Sensoren S₁ handelt es sich beispielsweise um Drucksensoren für den Brennraum, Winkelgeber usw. Die Sensoren S₂ des Starters sind Spannungs- und Strommessvorrichtungen sein, sowie Drehzahlgeber. Als Aktoren A₂ sind elektromagnetische Leistungsschalter bzw. Transistoren und eine Leistungselektronik eingesetzt.
Die Sensoren S₃ und Aktoren A₃ des Generators 3 sind ebenfalls Spannungsüberwachungseinrichungen bzw. eine Leistungselektronik, die die Generatorspannung regelt. Die Aktoren und Sensoren sind beispielsweise über einen Bus, z. B. LIN mit der Steuervorrichtung verbunden. Zur besseren Unterscheidung wird die Steuervorrichtung der Brennkraftmaschine 1 im folgenden Motorsteuerung 11 und die Steuervorrichtung des Generators 3 Reglervorrichtung 13 bezeichnet.
Insbesondere die Motorsteuerung 11 und die Steuervorrichtung 12 sind zum Austausch von Informationen über ein Bussystem 8 (z. B. CAN) mit geeigneten Schnittstellen verbunden. Der Starter 2 wird über die Steuervorrichtung 12, die zwischen der Batterie 4 und dem Starter 2 geschaltet ist, angesteuert.
Der Starter 2 besitzt ein sogenanntes Einspuritzel 5, dass zum Starten der Brennkraftmaschine 1 in einen Zahnkranz 6 der Brennkraftmaschine 1 eingerückt wird. Nach dem Starten der Brennkraftmaschine 1 wird das Einspurritzel 5 wieder zurück in den Starter 2 aus dem Zahnkranz 6 gerückt. Der Starter 2 ist über einen Halteflansch 7 mit der Brennkraftmaschine 1 verbunden, so dass die Temperatur der Brennkraftmaschine 1 und des Starters 2 aufgrund einer Wärmeleitung vom Halteflansch 7 im Wesentlichen identisch ist und im Wesentlichen keine Temperaturunterschiede zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Starter 2 auftreten.
Erfindungsgemäß ist die Steuervorrichtung 12 auch als Auswertevorrichtung mit einem Computerprogrammprodukt ausgebildet, so dass Funktionen von mindestens einer Antriebskomponente, insbesondere der Brennkraftmaschine aufgrund der Last am Starter 2 mittels den Sensoren S₂ gemessen und ausgewertet werden können. Die Sensoren S₂ stellen Motorkennwerte bereit, die von der Last, der Temperatur und dem Ladezustand der Batterie 4 abhängig sind. Die Motorkennwerte sind beispielsweise die Spannung, der Strom und die Drehzahl.
Der Starter 2 ist mit Permanentmagneten ausgebildet, die temperaturabhängig magnetische Wirkungen entfalten. In dem der Starter 2 zuerst ohne Last mit Strom beaufschlagt wird und in einem zweiten Schritt mit einer Last mit elektrischem Strom beaufschlagt wird, kann die Temperatur des Starters aus den Motorkennwerten, mit denen die elektrische Maschine, das heißt der Starter 2, betrieben wird, gemessen und ausgewertet werden und die Temperatur durch Auslesen von Vergleichswerten aus einer Nachschlagetabelle bestimmt werden. Die Temperatur des Starters 2 entspricht, wie oben erläutert, im Wesentlichen der der Brennkraftmaschine 1, so dass somit auch die Temperatur der Brennkraftmaschine 1 bestimmt ist.
Gemäß dem in 1 dargestellten Schaltplan werden die Funktionen insbesondere während eines kurzen Startvorgangs der Brennkraftmaschine 1, also innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde, gemessen und ausgewertet.
Aus den aktuell gemessenen Motorkennwerten kann durch Vergleichen mit in einer Nachschlagetabelle niedergelegten Sollwerten der Ladezustand der Batterie 4 bestimmt werden. Durch Aufzeichnen der Entladeströme vom Starter 2 mittels der Steuer- und Auswertevorrichtung 12 und Aufzeichnen der Ladeströme mittels der Reglervorrichtung 13, die vom Generator 3 erzeugt werden, kann unter Bezugnahme der Zeit eine Ladebilanz der Batterie 4 durch eine kontinuierliche Integration ermittelt werden. Diese Informationen sind für eine Motorstrategie mit erweiterten Start-Stopp-Funktionen oder einen Hybridkoordinator für einen Hybridantrieb sehr nützlich, da abhängig vom Ladezustand der Batterie, die Start-Stopp-Anzahl erhöht oder gesenkt werden kann, bzw. eine generatorischer Betrieb auf Kosten von Kraftstoff der Brennkraftmaschine reduziert werden kann.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung 12 mit einer erweiterten Elektronik ausgebildet, die die Informationen der Lade- und Entladeströme aufnimmt, auswertet und dem entsprechend Informationen an die Motorsteuerung 11 der Brennkraftmaschine 1 abgibt, um somit eine definierte Start-Stopp-Strategie zu realisieren.
Der Start-Stopp der Brennkraftmaschine 1 ergibt sich aus Informationen, von aktuellen Drehmomentanforderungen des Fahrers und aus dem aktuellen Ladezustand der Batterie.
Aus den gemessenen Motorkennwerten, insbesondere unter Bezugnahme einer Zeitkomponente kann auf den Zustand der elektrischen Maschine rückgeschlossen werden, in dem die gemessenen Werte mit in einer Nachschlagetabelle niedergelegten Sollwerten verglichen werden, so dass festgestellt wird, ob ein Verschleiß an der elektrischen Maschine vorliegt, beispielsweise ein Ritzelverschleiß, ein Relaisbruch, Blindschaltungen oder Ratscher.
Ferner lässt sich aus den Motorkennwerten der elektrischen Maschine beispielsweise des Starters 2 oder des Generators 3 der Zustand der Brennkraftmaschine 1 bestimmen, insbesondere kann das Kompressionsverhalten bzw. die Qualität der Zündung jedes einzelnen Zylinders detektiert werden.
Durch eine Synchronisierung mit der Motorsteuerung 11 beispielsweise auf einer synchronisierten Zeitbasis können die detektierten Motorkennwerte direkt einem bestimmten Zylinder der Brennkraftmaschine 1 zugeordnet werden.
Eine weitere Verbesserung der Diagnose ergibt sich, wenn beispielsweise ein künstliches Diagnosemuster erzeugt wird, beispielsweise wenn bestimmte definierte Zylinder 21, 22, 23, 24 nicht eingespritzt und somit nicht gezündet werden. Damit lassen sich Fehler an der Brennkraftmaschine 1 noch besser lokalisieren.
Die 2 zeigt eine besondere Ausführungsform eines Flussdiagramms gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren, dass beispielsweise als Computerprogrammprodukt in einer Steuervorrichtung 12 einer elektrischen Maschine 2 implementiert ist. Das Computerprogrammprodukt ist in einen Programmspeicher mit Programmbefehlen ladbar, um im Folgenden beschriebenen Schritte auszuführen. Der Verfahrensablauf wird bei jedem Startvorgang der Brennkraftmaschine 1 wiederholt. Aufgrund einer Kraftstoff- und damit Emissionen reduzierenden Betriebsstrategie treten während einer Fahrt gewöhnlich mehrere Start-Stopps der Brennkraftmaschine 1 auf.
Nach einem Startsignal, das von außen an die Steuervorrichtung 12 beispielsweise durch Betätigen eines Startknopfs vom Fahrer oder durch Drehen eines Zündschlüssels vorgegeben wird, wird in einem ersten Schritt S1 der Starter 2 mit einem definierten kleinen Strom bestromt. Dabei wird das Einspurritzel 5 leicht gedreht und ist noch nicht in den Zahnkranz 6 eingerückt. In diesem Zustand werden an den Sensoren S₂ die Motorkennwerte des Starters 2 gemessen und ausgewertet. Das Andrehen des Einspurritzels 5 ist wichtig, damit eine Zahn auf Zahn Stellung zwischen Einspurritzel 5 und Zahnkranz 6 beim Einspuren vermieden wird.
Im zweiten Schritt S2 wird das Einspurritzel 5 in den Zahnkranz 6 eingerückt und der Starter 2 mit einem großen, vorzugsweise maximalen Strom, bestromt, um die Brennkraftmaschine 1 zu starten.
In einem Schritt S3 werden nun wiederum die Motorkennwerte des Starters 2 von den Sensoren S₂ erfasst und im Schritt S4 ausgewertet, eventuell mit einer Synchronisierung von Informationen insbesondere auf Zeitbasis der Motorsteuerung 11, um den Gesundheitszustand von jedem einzelnen Zylinder 21, 22, 23, 24 zu detektieren.
Die Auswertung durchläuft eine Abfrage A1 in der festgestellt wird, ob sich die Auswertung im Rahmen einer festgelegten Toleranz hält und die Auswertung lediglich in einem historischen Speicher im Schritt S5 niedergelegt wird, um eine Art Datenlogger zu erzeugen.
Wird in der Abfrage A1, beispielsweise nach einer definierten Anzahl von Wiederholungen, eine erhebliche Abweichung von der definierten Toleranz festgestellt, so wird beispielsweise eine Information an den Fahrer im Schritt S6 abgegeben, um eine Servicestation aufzusuchen und den Fehler zu beheben. Diese Informationen über den Fehler werden auch gemäß dem Schritt S5 folgend in einem Speicher niedergelegt.
Ferner kann optional die Motorsteuerung 11 auf Fehler vorbereitet sein und somit gemäß einem alternativen niedergelegten Verfahren funktionieren. Dies ist der Schritt S7.
Im Schritt S8 wird der Starter 2 ausgeschaltet, das Ritzel 5 ausgerückt, um nach einem Stopp der Brennkraftmaschine 1 das gleiche Verfahren vom Start wieder zu durchlaufen.
Die 3 zeigt ein Kennliniendiagramm mit der Drehzahl n einer Brennkraftmaschine während eines Startvorgangs bezüglich der Zeit t. Im Zeitpunkt t₁ wird die Brennkraftmaschine 1 durch Einrücken des Einspurritzels 5 in den Zahnkranz 6 angedreht. Die Brennkraftmaschine 1 hat dabei eine kleine Drehzahl n. Aus dem Drehzahl-Zeit-Diagramm lässt sich die Kompression von jedem einzelnen Zylinder 21 bis 24 aufgrund der Drehzahl des Fahrzeugs zuordnen. Bei den ersten Kurbelumdrehungen detektiert die Mo torsteuerung 11 die Stellung der Kolben der einzelnen Zylinder 21 bis 24, um einen definierten Zylinder mit einer Einspritzung und Zündung zuerst zu starten. Dies erfolgt zum Zeitpunkt t₂. Zum Zeitpunkt t₃ und t₄ werden in den nachfolgenden Zylinder 22, 23 jeweils Kraftstoff eingespritzt, der beim Benziner entweder durch die Zündkerze gezündet oder beim Dieselmotor selbst zündet.
Die 3 zeigt ferner mit einer gepunkteten Linienform zum Zeitpunkt t₃ ein Drehzahltal mit einer Drehzahl n_–1. Solch eine Drehzahl n_–1, die beispielsweise von einem Drehzahlsensor S₂ am Starter 2 aufgezeichnet werden kann, wird mit der Motorsteuerung 11 einem Zylinder 22 zugeordnet. Somit kann aus dem Kennlinienfeld abgeleitet werden, dass beispielsweise der Zylinder 22 aufgrund einer defekten Zündkerze nicht funktionsfähig ist.
Die 4 zeigt ein Strom-Zeit-Kennliniendiagramm des Starters 2. Der Strombedarf ist aufgrund der hohen Last, dem Schleppmoment der Brennkraftmaschine 1, zum Zeitpunkt t₁ sehr hoch und fällt zu einer Wellenlinie zu dem Zeitpunkt t₂ und t₃ ab. Der Strombedarf sinkt zum Zeitpunkt t₄ noch mehr ab, wenn die Brennkraftmaschine 1 gestartet ist und sich selbstständig dreht. Die 4 zeigt zum Zeitpunkt t₃ eine gepunktete, gerade verlaufende Kennlinie und keine sogenannte „bergige” Kennlinie mit einer Spitze und zwei „Tälern”. Die gepunktete Kennlinie tritt beispielsweise auf, wenn ein bestimmter Zylinder, der sich durch Detektion der Motorsteuerung 11 ermitteln lässt, einen Kompressionsverlust aufweist, also beispielsweise eine undichte Zylinderkopfdichtung hat. Mit diesen zwei Beispielen ist verdeutlicht worden, wie aus Motorkennwerten des Starters 2 als elektrische Maschine bezüglich einer Zeitkomponente t verschiedene Fehler bei der Brennkraftmaschine 1 detektiert werden können. Ebenso lassen sich Verschleißerscheinungen oder Beschädigungen der elektrischen Maschine oder der Batterie durch Auswertung von Kennlinien ermitteln und anzeigen.
Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerischen Darstellungen für die Erfindung als wesentlich verwiesen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006012858 [0004]

Claims

Verfahren zur Detektion von Antriebsfunktionen von Antriebskomponenten eines Antriebssystems in einem Kraftfahrzeug, wobei die Antriebskomponenten eine Brennkraftmaschine (1), mindestens eine elektrische Maschine in Wirkverbindung mit der Brennkraftmaschine (1) und einen elektrischen Energiespeicher umfassen, und die elektrische Maschine mit einer, insbesondere über ein Bussystem (8), verbindbaren Steuer- und Auswertevorrichtung (12) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Steuer- und Auswertevorrichtung (12) Funktionen von mindestens einer Antriebskomponente des Antriebssystems für einen Betrieb der Brennkraftmaschine (1) gemessen und ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Startvorgangs der Brennkraftmaschine (1) Funktionen von mindestens einer Antriebskomponente gemessen und ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Last der elektrischen Maschine, die als Starter (2) für die Brennkraftmaschine (1) eingesetzt wird, durch Messen und Auswerten von Motorkennwerten der elektrischen Maschine bestimmt wird und ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Motorkennwerte der elektrischen Maschine zuerst ohne Last und somit ohne Wirkverbindung zur Brennkraftmaschine (1) detektiert werden und danach Motorkennwerte der elektrischen Maschine mit zugeschalteter Last also in direkter Wirkverbindung mit der Brennkraftmaschine (1) detektiert und ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus den gemessen Motorkennwerten der elektrischen Maschine die Temperatur der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine (1) abgeleitet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus den gemessenen Motorkennwerten der elektrischen Maschine, insbesondere unter Bezugnahme einer Zeitkomponente, der Ladezustand einer Batterie als Energiespeicher bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus Informationen von aktuellen Drehmomentanforderungen des Fahrers und von dem aktuellen Ladezustand der Batterie ein Start bzw. Stopp der Brennkraftmaschine (1) abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus den gemessenen Motorkennwerten der elektrischen Maschine unter Bezugnahme einer Zeitkomponente der Zustand der Brennkraftmaschine bestimmt wird, insbesondere nach einer zeitbasierten Synchronisierung mit der Motorsteuerung der Brennkraftmaschine.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus den gemessenen Motorkennwerten der elektrischen Maschine unter Bezugnahme einer Zeitkomponente der Zustand der elektrischen Maschine bestimmt wird, in dem IST-Motorkennwerte mit in einem Speicher niedergelegten, historischen Motorkennwerten verglichen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Diagnosemuster künstlich erzeugt wird, gemäß dem insbesondere bei der Brennkraftmaschine nicht eingespritzt wird.
Computerprogrammprodukt, welches in einen Programmspeicher (12) einer Steuervorrichtung mit Programmbefehlen ladbar ist, um alle Schritte eines Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen, wenn das Programm in einer Steuervorrichtung eines Kraftfahrzeugs ausgeführt wird.
Steuervorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere einer elektrischen Maschine, besonders bevorzugt für einen Starter, die zwischen Starter und Batterie schaltbar ist und mit weiteren Steuervorrichtungen des Fahrzeugs in Wirkverbindung steht, wobei die Steuervorrichtung das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 mittels eines Computerprogrammprodukts gemäß Anspruch 11 ausführt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung eine Überspannungsschutzeinrichtung aufweist, die der elektrischen Maschine bei Energiespitzen elektrische Energie zuführt.
Elektrische Maschine, insbesondere Starter und/oder Generator, für ein Kraftfahrzeug mit einer Steuervorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die elektrische Maschine als intelligenter Sensor zur Diagnose von Zuständen von Antriebskomponenten, die eine Brennkraftmaschine 1, eine Batterie 4 sowie die elektrische Maschine selbst umfassen, einsetzbar ist.