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Stand der Technik
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Steuerung für eine Startvorrichtung einer Brennkraftmaschine, wobei die Startvorrichtung eine elektrische Maschine, insbesondere einen Startermotor, und eine Kopplungsvorrichtung, insbesondere mit einem Starterritzel zum Einspuren in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine, umfasst und wobei die elektrische Maschine und die Kopplungsvorrichtung separat angesteuert werden und die elektrische Maschine mit der drehenden, insbesondere auslaufenden, Brennkraftmaschine gekoppelt wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Steuerung, auf eine Startvorrichtung und auf ein Computerprogrammprodukt.
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Es ist bekannt, eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Startvorrichtung zu starten, die eine elektrische Maschine als Startermotor umfasst. Zum Starten werden die Brennkraftmaschine und der Startermotor mit einer mechanischen Kopplungsvorrichtung, die ein Starterritzel des Startermotors und einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine umfasst, gekoppelt, indem das Starterritzel mittels eines Einspurrelais in den Zahnkranz eingespurt wird.
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Außerdem ist bekannt, die Brennkraftmaschine in einer kurzen Haltephase des Kraftfahrzeugs, beispielsweise an einer roten Ampel, auszuschalten und für eine Weiterfahrt wiederzustarten, beispielsweise um einen Kraftstoffverbrauch oder Abgasemissionen zu reduzieren. Bei einem solchen Start-Stopp-Betrieb kann der Startermotor erst beim Wiederstarten der Brennkraftmaschine mit dieser gekoppelt werden. Um einen zeitlichen Verzug beim Wiederstarten zu reduzieren, kann der Startermotor alternativ bereits mit der nach dem Ausschalten noch auslaufenden, also drehenden, Brennkraftmaschine gekoppelt werden, und zwar indem das Starterritzel in den drehenden Zahnkranz eingespurt wird.
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Ferner ist bekannt, dass die Startvorrichtung eine Steuerung umfasst, insbesondere um den Startermotor und die Kopplungsvorrichtung separat mit der Steuerung anzusteuern, und zwar beispielsweise indem das Einspurrelais zum Einspuren des Starterritzels in den Zahnkranz unabhängig von einem Schaltrelais zum Bestromen des Startermotors über einen elektrischen Kontakt angesteuert wird.
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Die
DE 10 2006 011 644 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Starten des Startermotors durch Einspuren des Starterritzels in einen auslaufenden Zahnkranz der Brennkraftmaschine.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Steuerung, eine Startvorrichtung, ein Computerprogrammprodukt und ein Verfahren zum Betreiben der Steuerung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Brennkraftmaschine möglichst schnell und sicher und damit komfortabler startbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1, 8, 9 und 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Es ist ein Gedanke der Erfindung, dass gemäß einer ausgewählten Betriebsstrategie ein zeitlicher Ablauf einer Ansteuerung der elektrischen Maschine und der Kopplungsvorrichtung festgelegt und ausgeführt wird. So lässt sich der zeitliche Ablauf an Randbedingungen und/oder Einflüsse, beispielsweise eine bestimmte Bauweise oder einen Zustand einer Brennkraftmaschine und/oder einer Startvorrichtung, anpassen oder ein dementsprechend geeigneter Ablauf auswählen, so dass die elektrische Maschine mit der Brennkraftmaschine möglichst reproduzierbar und komfortabel, also insbesondere geräusch-, verschleiß- und erschütterungsarm, gekoppelt wird. Dabei kann der zeitliche Ablauf so bestimmt werden, dass sich Koppelmittel, beispielsweise ein Starterritzel und ein Zahnkranz, beim Koppeln im Wesentlichen mit synchronen Umfangsgeschwindigkeiten zueinander drehen, um das komfortable, schnelle und sichere Einspuren zu ermöglichen.
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„Synchron zueinander drehen” oder „drehzahlsynchron” bedeuten in diesem Text, dass eine Zahnfrequenz des Starterritzels und des Zahnkranzes im Wesentlichen übereinstimmen. Synchron bedeutet also zuvor und nachfolgend, dass drehende, miteinander zu koppelnde Koppelmittel, insbesondere das Starterritzel und der Zahnkranz, jeweils solche Drehzahlen aufweisen, dass sie an ihren gegenseitigen beabsichtigten oder tatsächlichen Berührpunkten keine wesentliche Geschwindigkeitsdifferenz aufweisen. Am Beispiel des Starterritzels und des Zahnkranzes bedeutet dies, dass die jeweiligen Drehzahlen in ihrem Verhältnis im Wesentlichen einem Verhältnis eines Umfangs, insbesondere einem Verhältnis einer Anzahl von Zähnen, jeweils des Starterritzels und des Zahnkranzes, entsprechen.
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Im Übrigen kann gemäß der Betriebsstrategie der zeitliche Ablauf berechnet werden. So können beispielsweise unvorhersehbare Einflüsse berücksichtigt werden. Auch kann der zeitliche Ablauf aus einer Mehrzahl unterschiedlicher, beispielsweise vorbestimmter, insbesondere gespeicherter oder fest implementierter, zeitlicher Abläufe ausgewählt werden. So lässt sich ein Aufwand zum Bestimmen eines zeitlichen Ablaufs reduzieren. Unterschiedliche zeitliche Abläufe unterscheiden sich beispielsweise durch eine unterschiedliche Reihenfolge und/oder unterschiedliche zeitliche Abstände jeweils eines Einschalt- und/oder eines Ausschaltzeitpunkts der elektrischen Maschine und der Kopplungsvorrichtung. So lässt sich die Ansteuerung einfach und flexibel an unterschiedliche Bedürfnisse, insbesondere an eine Dynamik der Brennkraftmaschine und/oder der Startvorrichtung, anpassen.
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Die Aufgabe wird auch dadurch gelöst, dass eine Steuerung mit einer Betriebsstrategie ausgebildet ist, um den bestimmten zeitlichen Ablauf zur Ansteuerung der elektrischen Maschine und der Kopplungsvorrichtung zu bestimmen, und zwar insbesondere nach einem zuvor oder nachfolgend genannten Verfahren. Im Übrigen wird die Aufgabe auch durch eine Startvorrichtung gelöst, die derart ausgebildet ist, dass gemäß einer Betriebsstrategie der bestimmte zeitliche Ablauf zur Ansteuerung der elektrischen Maschine und der Kopplungsvorrichtung bestimmt wird, und zwar insbesondere nach einem zuvor oder nachfolgend genannten Verfahren. Die nachfolgende Beschreibung der Steuerung sowie des Verfahrens zum Betreiben der Steuerung ist also entsprechend auch auf die Startvorrichtung sowie auf ein Verfahren zum Betreiben der Startvorrichtung bezogen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird von der Betriebsstrategie eine Drehzahl und/oder ein Auslaufgradient der Brennkraftmaschine berücksichtigt. Dadurch kann der zeitliche Ablauf zur Ansteuerung der elektrischen Maschine und der Kopplungsvorrichtung besonders einfach in vorteilhafter Weise so bestimmt werden, dass die Kopplung der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine im Wesentlichen drehzahlsynchron und somit zuverlässig, geräusch-, erschütterungs- und verschleißarm, also auch komfortabel, durchführbar ist.
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Um den zeitlichen Ablauf für eine möglichst reproduzierbare, komfortable Kopplung genauer zu bestimmen, ist bevorzugt, dass ein zukünftiger Kopplungszeitpunkt prognostiziert wird und der zeitliche Ablauf unter Berücksichtung einer Prognose des Kopplungszeitpunktes bestimmt wird, insbesondere wobei der zeitliche Ablauf aufgrund zumindest einer weiteren Prognose angepasst wird. Durch die Prognose des Kopplungszeitpunktes ist es möglich, eine Bewegung der Brennkraftmaschine, der elektrischen Maschine und der Kopplungsvorrichtung, insbesondere in ihrem zeitlichen Verhalten, also eine Dynamik, zu berücksichtigen, um die Brennkraftmaschine und die elektrische Maschine möglichst genau dann zu koppeln, wenn die Koppelmittel im Wesentlichen drehzahlsynchron drehen. Durch die zumindest eine weitere, insbesondere zeitlich näher an dem Kopplungszeitpunkt gelegene Prognose lässt sich der Kopplungszeitpunkt genauer prognostizieren und die Synchronisation verbessern.
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Der Kopplungszeitpunkt bezeichnet einen Zeitpunkt beim Koppeln, bei dem die Koppelmittel, insbesondere das Starterritzel und der Zahnkranz, beginnen sich zu berühren. Je genauer die Umfangsgeschwindigkeiten der Koppelmittel zum Kopplungszeitpunkt synchron sind, desto geringer sind Verschleiß, Erschütterungen und/oder Geräusche beim Koppeln.
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Es ist bevorzugt, dass die elektrische Maschine zeitlich bereits vor dem Ansteuern der Kopplungseinrichtung angesteuert wird, indem der Einschaltzeitpunkt der elektrischen Maschine zeitlich vor dem Einschaltzeitpunkt der Kopplungsvorrichtung gewählt wird. So lässt sich die elektrische Maschine zuverlässig vor dem Kopplungszeitpunkt andrehen, und zwar insbesondere um das Starterritzel und den Zahnkranz möglichst in ihrer Drehzahl zu synchronisieren und einen Verschleiß bei der Kopplung zu reduzieren.
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Gemäß einem bevorzugten Verfahren werden in einem bestimmten zeitlichen Verfahrensablauf gemäß einer ersten Betriebsstrategie die elektrische Maschine und die Kopplungsvorrichtung zeitlich überlappend, also zumindest zeitweise parallel, angesteuert. So lässt sich der zeitliche Ablauf der Ansteuerung der elektrischen Maschine und der Kopplungsvorrichtung verkürzen und der Start der Brennkraftmaschine beschleunigen.
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Ferner ist ein solcher zeitlicher Ablauf mit einer zeitlich überlappenden Ansteuerung insbesondere für eine schnelle auslaufende Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei der eine Betriebsdrehzahl, also insbesondere auch eine Einspurdrehzahl, und/oder eine Andrehdauer der elektrischen Maschine im Wesentlichen über einen weiten Betriebsbereich konstant bleiben, so dass eine Ausschiebedauer des Einspurrelais der Kopplungsvorrichtung, das heißt eine Koppeldauer, vorhersagbar ist.
(eventuell hier Weiteres vom Erfinder ausführen)
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Die Koppeldauer bezeichnet die Zeitdauer zwischen dem Einschaltzeitpunkt der Kopplungsvorrichtung und dem Kopplungszeitpunkt. Dabei kann die Koppeldauer im Wesentlichen durch eine Ausschiebedauer des Einspurrelais bedingt sein, also insbesondere der Zeitdauer zum Bewegen des Starterritzels von einer Ruheposition in einen nicht gekoppelten Zustand bis zur Berührung von Starterritzel und Zahnkranz.
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Gemäß einem bevorzugten Verfahren werden in einem bestimmten zeitlichen Verfahrensablauf die elektrische Maschine und die Kopplungsvorrichtung so zeitlich angesteuert, dass der Einschaltzeitpunkt der elektrischen Maschine und der Einschaltzeitpunkt der Kopplungsvorrichtung zeitlich beabstandet sind. So lässt sich eine gegenseitige Beeinflussung, beispielsweise durch Einschaltströme und durch einen damit verbundenen Spannungseinbruch, reduzieren, da dann die jeweiligen Einschaltströme ebenfalls zeitlich nacheinander auftreten.
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Gemäß einem weiter bevorzugten alternativen Verfahren werden in einem bestimmten zeitlichen Verfahrensablauf gemäß einer zweiten Betriebsstrategie die elektrische Maschine und die Kopplungsvorrichtung zeitlich nacheinander, das heißt sequentiell, angesteuert, und zwar insbesondere mit einer bestimmten Pausenzeitdauer zwischen dem Ansteuern der elektrischen Maschine und dem Ansteuern der Kopplungsvorrichtung. Zeitlich nacheinander angesteuert bedeutet, dass der Ausschaltzeitpunkt der elektrischen Maschine zeitlich vor dem Einschaltzeitpunkt der Kopplungsvorrichtung oder umgekehrt gewählt wird. So lässt sich eine gegenseitige Beeinflussung, beispielsweise durch Betriebsströme und einen damit verbunden Spannungseinbruch, vermeiden.
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Im Übrigen ist bei diesem alternativen Verfahren besonders bevorzugt, dass die elektrische Maschine zeitlich vor der Kopplungsvorrichtung angesteuert wird, insbesondere indem der Ausschaltzeitpunkt der elektrischen Maschine zeitlich vor dem Einschaltzeitpunkt der Kopplungsvorrichtung gewählt wird, also die elektrische Maschine und die Kopplungsvorrichtung nicht zeitlich überlappend angesteuert werden. Somit wird die Kopplungsvorrichtung nicht durch eine hohe Stromaufnahme der elektrischen Maschine beeinflusst. Dadurch bleibt eine Dynamik der Kopplungsvorrichtung erhalten und die Koppeldauer ist im Wesentlichen konstant, sodass der Kopplungszeitpunkt genauer vorhersagbar und der zeitliche Ablauf exakter bestimmbar ist. Folglich ist die Kopplung der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine, also auch das Starten der Brennkraftmaschine, besser reproduzierbar.
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Um auf einen sich zeitlich verändernden angestrebten Kopplungszeitpunkt reagieren zu können, umfasst der zeitliche Verfahrensablauf vorzugsweise zumindest die bestimmte Pausenzeitdauer zwischen dem Ansteuern der elektrischen Maschine und dem Ansteuern der Kopplungsvorrichtung. So lassen sich die Koppeldauer und eine Andrehdauer mittels der Pausenzeitdauer zeitlich zueinander verschieben und die elektrische Maschine sowie das Einspurrelais exakter und reproduzierbarer ansteuern, so dass zum Kopplungszeitpunkt eine im Wesentlichen synchrone Drehzahl der Koppelmittel erzielt wird. Dabei bezeichnet die Andrehdauer die zum Andrehen der elektrischen Maschine auf diese Drehzahl benötigte Zeitdauer.
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Ferner lässt sich der zeitliche Ablauf, der aufgrund einer ersten Prognose bestimmt ist, technisch einfach, mit einer zweiten, nachfolgenden Prognose anpassen, indem, vorzugsweise nur, die Pausenzeitdauer angepasst wird. Die Pausenzeitdauer ist einfacher als die Koppeldauer oder die Andrehdauer anpassbar, und zwar indem der entsprechende Einschaltzeitpunkt zeitlich variiert wird. Demgegenüber wäre eine definierte Variierung der Andrehdauer und der Koppeldauer nur mit einem größeren schaltungs- und steuertechnischen Aufwand möglich. Außerdem kann mittels der Pausenzeitdauer auf eine verkürzte oder verlängerte Andrehdauer oder Koppeldauer, beispielsweise aufgrund äußerer Einflüsse, einer Temperatur oder Alterungserscheinungen, reagiert werden, insbesondere um einen angestrebten Kopplungszeitpunkt zu gewährleisten und/oder besser synchronisierte Umfangsgeschwindigkeiten im Kopplungszeitpunkt zu erzielen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein tatsächlicher Einschaltzeitpunkt beim Ansteuern der elektrischen Maschine erfasst, und es wird der Ausschaltzeitpunkt der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Einschaltzeitpunkt bestimmt und angepasst. So lässt sich eine Schaltverzögerung zwischen dem Einschaltzeitpunkt der elektrischen Maschine und dem tatsächlichen Einschaltzeitpunkt, nämlich einem Zeitpunkt, ab dem die elektrische Maschine tatsächlich bestromt wird, berücksichtigen und die zeitliche Genauigkeit des zeitlichen Ablaufs erhöhen. Somit wird auch die Kopplung sicherer, verschleißärmer, geräuschloser und damit komfortabler realisiert.
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Die Aufgabe wird auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, das in einen Programmspeicher mit Programmbefehlen eines Mikrocomputers ladbar ist, um alle Schritte eines zuvor oder nachfolgend beschriebenen Verfahrens auszuführen, insbesondere wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuerung ausgeführt wird. Dabei ist der Mikrocomputer vorzugsweise Bestandteil der Steuerung, wobei die Steuerung, insbesondere bei einer Mehrzahl von Steuervorrichtungen in einem System, auch eine Mehrzahl Mikrocomputer und auch Speicher, sowie eine Mehrzahl Computerprogrammprodukte oder auch ein auf die Mehrzahl Steuergeräte verteilt realisiertes Computerprogrammprodukt aufweisen kann. Das Computerprogrammprodukt erfordert nur wenige oder keine zusätzlichen Bauteile in der Steuerung und lässt sich vorzugsweise als ein Modul in einer bereits vorhandenen Steuerung implementieren. Das Computerprogrammprodukt hat den weiteren Vorteil, das es leicht an individuelle und bestimmte Kundenwünsche anpassbar ist, sowie eine Verbesserung oder Optimierung einzelner Verfahrensschritte mit geringem Aufwand kostengünstig möglich ist.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Startvorrichtung mit einer Steuerung,
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2 ein Verfahren zum Betreiben der Steuerung,
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3 und 4 ein weiteres Verfahren zum Betreiben der Steuerung und
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5 und 6 ein weiteres Verfahren zum Betreiben der Steuerung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 zeigt eine Startvorrichtung 1 einer Brennkraftmaschine 2, die einen Starter mit einem Startermotor 3 und eine Kopplungsvorrichtung 4 aufweist, wobei die Kopplungsvorrichtung 4 ein Einspurrelais 6 und ein Starterritzel 7 zum Einspuren in einen Zahnkranz 8 der Brennkraftmaschine 2 umfasst. Die Startvorrichtung 1 und die Brennkraftmaschine 2 sind in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug angeordnet, dass für einen Start-Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine 2 ausgebildet ist. Bei dem Start-Stopp-Betrieb wird, wie nachfolgend erläutert, das Starterritzel 7 nach einem Ausschalten der Brennkraftmaschine 2 in die noch drehende auslaufende Brennkraftmaschine 2, nämlich in den drehenden Zahnkranz 8, eingespurt, um eine hohe Verfügbarkeit durch einen Widerstand der Brennkraftmaschine 2 zur möglicherweise früheren Weiterfahrt des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
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Im Übrigen umfasst die Startvorrichtung 1 eine Steuerung 5 mit einem Mikrocomputer 9, einem Speicher 10 und zwei Leistungsschaltern 14, 15, die zur separaten Ansteuerung des Einspurrelais 6 und des Startermotors 3 ausgebildet sind. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Startermotor 2 über ein Schaltrelais anstatt des Leistungsschalters 15 bestromt werden, wobei das Schalterrelais selbst beispielsweise durch den Leistungsschalter 15 ansteuerbar ist.
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Durch die Bestromung des Einspurrelais 6 über den Leistungsschalter 14 wird über einen Hebel 11 das Starterritzel 7 in den Zahnkranz 8 eingespurt, und zwar unabhängig von einer Bestromung des Startermotors 3 mittels des Leistungsschalters 15. Dabei wird die Startvorrichtung 1 von einer Batterie 13 des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Leistung versorgt.
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Ferner weist die Steuerung 5 eine Schnittstelle 12 zu einer Motorsteuerung und zu weiteren Steuergeräten des Kraftfahrzeugs auf, insbesondere um eine Drehzahl der Brennkraftmaschine 2 zu erfassen.
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Die 2 zeigt ein Verfahren zum Betreiben der Steuerung 5, bei dem in einem Schritt S1 ein angestrebter zukünftiger Kopplungszeitpunkt t4 prognostiziert wird. Dazu wird über die Schnittstelle 12 die Drehzahl oder alternativ ein Drehzahlgradient der Brennkraftmaschine 2 erfasst, um für die Kopplung den Kopplungszeitpunkt t4, bei dem die Brennkraftmaschine 2 eine geeignete Drehzahl aufweisen soll, zu prognostizieren. Der Kopplungszeitpunkt t4 bezeichnet einen Zeitpunkt, ab dem das Starterritzel 7, das zum Einspuren mittels des Einspurrelais 6 zu dem Zahnkranz 8 hin bewegt wird, diesen berührt.
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In einem Schritt S2 wird ein bestimmter zeitlicher Ablauf, wie in 3–6 als Beispiele gezeigt, bestimmt und zwar indem von dem prognostizierten Kopplungszeitpunkt t4 zurückgerechnet wird, wobei eine Andrehdauer und eine Koppeldauer berücksichtigt werden. Dazu werden jeweils ein Einschalt- und ein Ausschaltzeitpunkt t1 und t3 für die Bestromung des Startermotors 3 mittels des Leistungsschalters 15 und ein Einschaltzeitpunkt t2 für die Bestromung des Einspurrelais 6 mittels des Leistungsschalters 14 bestimmt, und zwar so, dass zu dem prognostizierten Kopplungszeitpunkt t4 das Starterritzel 7 und der Zahnkranz 8 möglichst synchron bezüglich der Umfangsgeschwindigkeiten drehen.
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In einem Schritt S3 werden der Startermotor 3 und die Kopplungsvorrichtung 4 schließlich von der Steuerung 5 gemäß dem in Schritt S2 bestimmten zeitlichen Ablauf angesteuert. Insgesamt werden die zuvor und nachfolgend erläuterten Schritte von einem Computerprogrammprodukt, das in dem Speicher 10 gespeichert ist, mit dem Mikrocomputer 9 ausgeführt. Dabei wird während der Koppeldauer das Starterritzel 7 zum Einspuren zu dem Zahnkranz 8 hinbewegt. Sobald das Starterritzel 7 den Zahnkranz 8 berührt, ist der Kopplungszeitpunkt t4 erreicht und es werden die Schritte S1–S5 beendet.
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Andernfalls wird in einem Schritt S4 von der Steuerung 5 eine weitere Prognose des Kopplungszeitpunktes t4 durchgeführt, insbesondere um Störgrößen, beispielsweise eine Temperatur des Startermotors 3, zu berücksichtigen, die zu einer Verschiebung des tatsächlichen Kopplungszeitpunktes gegenüber dem prognostizierten Kopplungszeitpunkt t4 führen würde.
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In einem Schritt S5 wird der zuvor bestimmte zeitliche Ablauf gemäß der in dem Schritt S4 durchgeführten weiteren Prognose angepasst und anschließend mit dem Schritt S3 umgesetzt, um ein komfortables, insbesondere geräusch-, erschütterungs- und verschleißarmes Einspuren zum Starten der Brennkraftmaschine 2 zu gewährleisten.
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Die 3 und 4 sowie die 5 und 6 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel bestimmter zeitlicher Verfahrensabläufe für eine erste und eine zweite Betriebsstrategie eines Verfahrens zum Betreiben der Steuerung 1, bei dem der Startermotor 3 und die Kopplungsvorrichtung 4 separat angesteuert werden, um den Startermotor 3 und die ausgeschaltete und auslaufende, also noch drehende, Brennkraftmaschine 2 miteinander zu koppeln. Bei den Verfahren werden der Startermotor 3 und die Brennkraftmaschine 2 möglichst komfortabel, insbesondere geräusch-, verschleiß- und erschütterungsarm, miteinander gekoppelt, indem das Starterritzel 7 in den drehenden Zahnkranz 8 wie nachfolgend erläutert eingespurt wird.
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Dabei wird von einem Computerprogrammprodukt, das in dem Mikrocomputer 9 ausgeführt wird, eine Kopplungszeitpunkts t4, bei dem der Zahnkranz 8 eine zum Koppeln geeignete, bestimmte Drehzahl n2 aufweist, prognostiziert und von diesem durch Rückrechnen bezüglich einer Zeitachse t gemäß einer Betriebsstrategie ein bestimmter zeitlicher Ablauf zum Ansteuern des Startermotors 3 und des Einspurrelais 6 bestimmt. Insbesondere werden eine Koppeldauer und eine Andrehdauer berücksichtigt, die im Wesentlichen durch eine Bauweise der Startvorrichtung 1 bestimmt sind.
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Im Übrigen sind die Ausschiebedauer des Einspurrelais 6, die Andrehdauer des Startermotors 3 und ein Verlauf der Drehzahl n2 der Brennkraftmaschine 2 gewissen Schwankungen unterlegen, die beispielsweise durch Alterungseffekte, eine Temperatur und/oder eine Spannung der Batterie 13 bedingt sind, so dass der prognostizierte Kopplungszeitpunkt t4 mit einer gewissen Unsicherheit behaftet ist, nämlich aufgrund einer Andrehdauerunsicherheit D1 des Startermotors 3, einer Ausschiebedauerunsicherheit D2 des Einspurrelais 6 und einer Drehzahlprognoseunsicherheit D3 der Brennkraftmaschine 2.
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Der jeweilige zeitliche Verfahrensablauf umfasst im Wesentlichen einen Einschaltzeitpunkt t1 und einen Ausschaltzeitpunkt t3 des Startermotors 3 sowie einen Einschaltzeitpunkt t2 des Einspurrelais 6. Dabei werden, separat und unabhängig voneinander, der Startermotor 3 mittels des Leistungsschalters 15 und das Einspurrelais 6 mittels des Leistungsschalters 16 durch die Batterie 13 bestromt.
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Für eine Prognose ist ferner festgelegt, dass eine Drehzahl n2 des Zahnkranzes 8 zum prognostizierten Kopplungszeitpunkt t4 beispielsweise circa 100 Umdrehungen pro Minute betragen soll und die Drehzahl n1 des Starterritzels 7 um eine bestimmte Drehzahldifferenz übersteigen soll, um ein zuverlässiges Einspuren zu gewährleisten, und dass beim Auslaufen der Brennkraftmaschine 2 auch die Drehzahl n2 des Zahnkranzes 8 zunehmend sinkt.
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Die 3 und die 4 zeigen einen bestimmten zeitlichen Verfahrensablauf entlang der Zeitachse t einer ersten Betriebsstrategie, gemäß der der Startermotor 3 und die Kopplungsvorrichtung 4 zeitlich überlappend angesteuert werden. Dabei zeigt die 3 schematisch die Ansteuerung des Startermotors 3 und des Einspurrelais 6, in dem auf der y-Achse zwischen ein- und ausgeschaltetem Zustand I unterscheiden wird. Die 4 zeigt die Drehzahl n1 des Starterritzels 7, die Drehzahl n2 des Zahnkranzes 8 und die Bestromung R des Einspurrelais 6 auf der y-Achse über der Zeit t.
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Zu dem Einschaltzeitpunkt t1 wird der Startermotor 3 angesteuert, um ihn anzudrehen. Noch vor Ablauf der Andrehdauer wird zu dem Einschaltzeitpunkt t2 das Einspurrelais 6 angesteuert, um das Starterritzel 7 zu dem Zahnkranz 8 hin zubewegen. Dabei werden der Startermotor 3 und die Kopplungsvorrichtung 4, zumindest zeitweise, parallel zueinander angesteuert, nämlich zwischen dem Einschaltzeitpunkt t2 und dem Ausschaltzeitpunkt t3. So wird der zeitliche Ablauf zum Einspuren verkürzt und ein schnellerer Wiederstart der Brennkraftmaschine 2 ermöglicht.
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Der Ausschaltzeitpunkt t3 wird so bestimmt, dass die Umfangsgeschwindigkeit mit einer Drehzahl n1 des Starterritzels 7 im Wesentlichen synchron zu der Umfangsgeschwindigkeit mit der Drehzahl n2 des Zahnkranzes 8 zum prognostizierten Kopplungszeitpunkt t4 ist. Dabei wird die zuvor genannte Geschwindigkeitsdifferenz berücksichtigt und außerdem, dass die Drehzahl des Starterritzels 7 vom Ausschaltzeitpunkt t3 an sinkt.
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Nach dem Ausschaltzeitpunkt t3 wird die Kopplungsvorrichtung 4 weiterhin bestromt, so dass das sich dann im Wesentlichen synchron zu dem Zahnkranz 8 drehende Starterritzel 7 zu diesem hin bewegt wird und schließlich diesen ab dem Kopplungszeitpunkt t4 berührt. Dabei kann die Ausschiebedauer, bedingt durch das parallele Ansteuern des Startermotors 3, nämlich durch einen Spannungseinbruch aufgrund dessen Einschalt- und Betriebstroms, erhöht sein. Ab dem Kopplungszeitpunkt t4 lässt sich das Starterritzel 7 in den Zahnkranz 8 einspuren, um die Brennkraftmaschine, gegebenfalls zu einem späteren Zeitpunkt entsprechend dem Start-Stopp-Betrieb, zu starten.
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Die 5 und die 6 zeigen einen bestimmten zeitlichen Ablauf entlang der Zeitachse t eines weiteren bevorzugten alternativen Verfahrens, gemäß dem der Startermotor 3 und die Kopplungsvorrichtung 4 gemäß einer zweiten Betriebsstrategie zeitlich nacheinander angesteuert werden. Dabei zeigt die 5 schematisch die Ansteuerung des Startermotors 3 und des Einspurrelais 6 mit Ein- und Ausschaltzuständen I auf der y-Achse. Die 6 zeigt die Drehzahl n1 des Starterritzels 7, die Drehzahl n2 des Zahnkranzes 8 und die Bestromung R des Einspurrelais 6 auf der y-Achse über der Zeitdauer t.
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Dieses Verfahrensbeispiel unterscheidet sich von dem in den 3 und 4 gezeigten im Wesentlichen dadurch, dass der Ausschaltzeitpunkt t3 des Startermotors 3 zeitlich beabstandet vor dem Einschaltzeitpunkt t2 des Einspurrelais 6 angeordnet ist. So lässt sich die zuvor genannte gegenseitige Beeinflussung zwischen Startermotor 3 und Einspurrelais 6 verhindern und eine bekannte Dynamik des Einspurrelais 6 erhalten, um die Ausschiebedauer reproduzierbar zu realisieren, so dass der prognostizierte Kopplungszeitpunkts t4 genauer als gegenüber dem Verfahren gemäß der ersten Betriebsstrategie ist.
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Die Zeitpunkte t3 und t4, also die Andrehdauer und die Ausschiebedauer, sind durch eine gewisse Pausenzeitdauer p zeitlich beabstandet. Dadurch kann der zeitliche Ablauf ohne großen, insbesondere schaltungstechnischen, Aufwand, mit der Steuerung 5 durch bloßes Anpassen der Pausenzeitdauer p flexibel auf unterschiedliche, variierende Andreh- und/oder Ausschiebedauern angepasst werden, um den angestrebten Kopplungszeitpunkt t4 unter Berücksichtigung der Andrehdauerunsicherheit D1, der Ausschiebedauerunsicherheit D2 und der Drehzahlprognoseunsicherheit D3 zuverlässig zu realisieren. Insbesondere lassen sich eine Verkürzung oder Verlängerung der Andrehdauer des Startermotors 3 oder auch ein unterschiedlicher Verlauf der Drehzahl n2 beim Auslaufen der Brennkraftmaschine 2 durch die Anpassung der Pausenzeit p einfach berücksichtigen. Die Ein- und Ausschaltzeitpunkte vom Startermotor 3 und dem Einspurrelais 6 werden unter Berücksichtigung der oben genannten Unsicherheiten D1, D2, D3 vom errechneten, prognostizierten Kopplungszeitpunkt t4 zurückgerechnet.
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Während des zeitlichen Verfahrensablaufs zwischen t3 und t4 kann zumindest eine weitere Prognose des Kopplungszeitpunktes t4 durchgeführt und der zeitliche Ablauf, vorzugsweise die Pausenzeitdauer p, korrigiert werden. So wird kurzfristigen Störeinflüssen, die zu einem unerwünscht hohen Wert einer Drehzahldifferenz zum Kopplungszeitpunkt t4 führen würden, einfach und zuverlässig entgegengewirkt. Insbesondere können auch unterschiedliche, beispielsweise temperatur- oder verschleißbedingte, Andrehdauern ausgeglichen werden.
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Gemäß einem weiteren Verfahren wird eine Genauigkeit bei der Prognose des Kopplungszeitpunktes t4 erhöht, indem eine Schaltverzögerung beim Ansteuern berücksichtigt wird, beispielsweise indem ein tatsächlicher Einschaltzeitpunkt t1 ausgewertet und der Ausschaltzeitpunkt t3 und eventuell die Pausendauer entsprechend angepasst werden. Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerische Darstellungen für die Erfindung als Wesentlich verwiesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006011644 A1 [0005]
