DE102010062238A1

DE102010062238A1 - Startvorrichtung, Schnittstelleneinrichtung und Verfahren zum Betreiben eines Systems einer Startvorrichtung

Info

Publication number: DE102010062238A1
Application number: DE102010062238A
Authority: DE
Inventors: Harald Schueler; Markus Roessle; Sven Hartmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2011-10-06
Also published as: US20130066541A1; CN102822502A; EP2553256A1; WO2011120796A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Systems (1), insbesondere einer Startvorrichtung (100) zum Starten einer Brennkraftmaschine (2) eines Kraftfahrzeugs, beschrieben, wobei in dem System (1) über ein Echtzeit-Kommunikationsmittel (10) ein Echtzeit-Signal (S) zum Erreichen eines Ansteuerzustands (Z) einer Ansteuereinrichtung (4) von einer Steuerung (3) zu der Ansteuereinrichtung (4) mittels Echtzeit-Schnittstellen (6) übertragen wird. Um eine flexible Steuerung des Systems (1) beispielsweise für einen Start-Stopp-Betrieb eines Fahrzeugs durch einfachen Aufbau zu erhöhen, weisen die Ansteuereinrichtung (4) und die Steuerung (3) jeweils eine Daten-Schnittstelle (8) auf, über die eine Daten-Information mit einem Daten-Kommunikationsmittel (9) übertragen wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Systems, insbesondere mit einer Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei in dem System über ein Echtzeit-Kommunikationsmittel ein Echtzeit-Signal zum Erreichen eines Ansteuerzustands einer Ansteuereinrichtung von einer Steuerung zu der Ansteuereinrichtung mittels Echtzeit-Schnittstellen übertragen wird. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Schnittstelleneinrichtung für eine Steuerung oder eine Ansteuereinrichtung, die insbesondere jeweils für eine Startvorrichtung eines Kraftfahrzeugs zum Starten einer Brennkraftmaschine ausgebildet sind, wobei die Schnittstelleneinrichtung eine Echtzeit-Schnittstelle aufweist, die zum Übertragen eines Echtzeit-Signals von der Steuerung zu der Ansteuereinrichtung über ein Echtzeit-Kommunikationsmittel zum Erreichen eines Ansteuerzustands der Ansteuereinrichtung ausgebildet ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem System, das eine Steuerung und eine Ansteuereinrichtung umfasst, die jeweils mittels Echtzeit-Schnittstellen über ein Echtzeit-Kommunikationsmittel zum Übertragen eines Echtzeit-Signals gekoppelt sind, wobei das Echtzeit-Signal zum Erreichen eines Ansteuerzustands der Ansteuereinrichtung von der Steuerung zu der Ansteuereinrichtung übertragbar ist. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Computerprogrammprodukt.
Es ist eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine in einen Kraftfahrzeug bekannt, bei der zum Starten der Brennkraftmaschine ein Startermotor mit der Brennkraftmaschine gekoppelt wird, indem ein Starterritzel mittels eines Einspurrelais in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine eingespurt wird, und der Startermotor mittels eines Schaltrelais zum Andrehen der Brennkraftmaschine bestromt wird.
Die DE 10 2009 028 294 beschreibt eine Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine, bei der mit einer Motorsteuerung eine separate Treibereinheit über eine Hardwareschnittstelle angesteuert wird, welche ihrerseits ein Einrückrelais, ein Anlaufstromrelais und ein Hauptstromrelais ansteuert.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Systems, eine Schnittstelleneinrichtung, eine Startvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine flexible Steuerung des Systems beispielsweise für einen Start-Stopp-Betrieb eines Fahrzeugs durch einfachen Aufbau erhöht wird.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1, 8, 9 und 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Es ist ein Gedanke der Erfindung, dass eine Ansteuereinrichtung und eine Steuerung jeweils eine Daten-Schnittstelle aufweisen, über die eine Daten-Information mit einem Daten-Kommunikationsmittel übertragen wird. Dementsprechend ist es auch ein Gedanke der Erfindung, dass eine Schnittstelleneinrichtung eine Daten-Schnittstelle für ein Daten-Kommunikationsmittel aufweist, mit dem die Steuerung und die Ansteuereinrichtung koppelbar sind. Außerdem ist es ein Gedanke der Erfindung, dass bei einer Startvorrichtung die Steuerung und die Ansteuereinrichtung jeweils eine Daten-Schnittstelle aufweisen, über die sie mit einem Daten-Kommunikationsmittel gekoppelt sind.
Die Steuerung und die Ansteuereinrichtung sind also über zwei verschiedene Schnittstellen verbunden, und zwar über die Echtzeit-Schnittstelle und zusätzlich über die Daten-Schnittstelle. Mit dem Echtzeit-Signal lässt sich die Ansteuereinrichtung zum Erreichen eines bestimmten Ansteuerzustands innerhalb vorgegebener Zeitspannen von der Steuerung sicher und innerhalb der Prozesszeit zuverlässig ansprechen. Mit der zusätzlichen Daten-Schnittstelle lassen sich, insbesondere auch umfangreiche und in ihrem Informationsumfang schwankende, Informationen flexibel übertragen, ohne eine zeitliche Übertragungscharakteristik, insbesondere den Echtzeit-Charakter des Echtzeit-Signals, zu gefährden oder diesen Erfüllen zu müssen.
Im Übrigen können über die Daten-Schnittstellen Diagnoseinformationen von der Ansteuereinrichtung zur Steuerung übertragen werden, beispielsweise um einen aktuellen Ansteuerzustand abzufragen oder mitzuteilen, sodass eine Betriebssicherheit des Systems erhöht wird. So lässt sich eine zweiseitige Kommunikation realisieren, ohne eine zuverlässige Übertragung des Echtzeit-Signals zu gefährden.
Die Daten-Information wird vorzugsweise langsamer als das Echtzeit-Signal, insbesondere auch langsamer als ein Arbeitstakt des Ansteuerprozesses, übertragen, sodass die Daten-Schnittstellen und das Daten-Kommunikationsmittel mit geringem Bauteil- und Schaltungsaufwand kostengünstig realisierbar sind. Außerdem können mit der Daten-Information auch Zusatzinformationen für eine höhere Übertragungssicherheit übertragen werden, und zwar unter Inkaufnahme längerer Laufzeiten.
Es ist bevorzugt, dass eine Laufzeit des Echtzeit-Signals höchstens einem Arbeitstakt des Ansteuerprozesses zum Erreichen des Ansteuerzustands, insbesondere einem Arbeitstakt der Ansteuereinrichtung und/oder der Steuerung, entspricht. Dadurch wird eine hochgenaue Ansteuermöglichkeit im Ansteuerprozess zum Erreichen eines Ansteuerzustands aufgrund der Übertragung des Echtzeit-Signals erzielt. Der Arbeitstakt kann beispielsweise durch einen Mikrocomputer der Ansteuereinrichtung und/oder der Steuerung bestimmt sein, der ein später erläutertes Computerprogrammprodukt ausführt und eine millisekundengenaue Ansteuermöglichkeit schafft.
Das Daten-Kommunikationsmittel und auch die Daten-Schnittstellen können für 1-bit-Hardware-Signale oder auch für pulsweitenmodulierte Signale kostengünstig und mit geringem Bauteilaufwand ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Daten-Kommunikationsmittel als ein Bus, insbesondere als eindrahtiger 1-bit-Bus (Sent-Bus), ausgebildet, und zwar insbesondere als bidirektionaler Bus, beispielsweise als ein LIN-Bus. Solche Kommunikationsmittel sind in herkömmlichen Kraftfahrzeugen verbreitet und können, insbesondere unter Zuhilfenahme einer Karosserie des Kraftfahrzeugs als gemeinsame Masse, durch eine einfache Drahtverbindung kostengünstig realisiert werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Echtzeitsignal in einem Takt von höchstens einer Millisekunde übertragen und/oder die Daten-Information mit etwa 100 Millisekunden Laufzeit. Dies ermöglicht eine zeitlich hochaufgelöste Ansteuerung beziehungsweise eine störungsunempfindliche Übertragung der Daten-Information.
Vorzugsweise wird mit dem Echtzeit-Signal eine Befehls-Information übertragen, die den Ansteuerzustand oder eine Änderung des Ansteuerzustands bestimmt. Es ist also einerseits bevorzugt, dass die Befehls-Information einen bestimmten Ansteuerzustand beschreibt, indem eine beabsichtigte Ansteuerung für alle Verbraucher als Befehls-Information übertragen wird. So lässt sich ein bestimmter Ansteuerzustand unabhängig von einem vorhergehenden Ansteuerzustand erreichen. Ferner ist bevorzugt, dass alternativ oder auch zusätzlich die Befehls-Information eine Änderung des Ansteuerzustands beschreibt, sodass ein vorhergehender Ansteuerzustand berücksichtigbar ist. Dabei kann der Steuerung der vorhergehende Ansteuerzustand unbekannt sein. Vorzugsweise wird dabei ein bestimmter elektrischer Verbraucher, insbesondere eine bestimmte Schaltvorrichtung, unabhängig von einem aktuellen Schaltzustand weiterer Verbraucher definiert angesteuert, indem die Befehls-Information eine Information zum Erreichen eines bestimmten Schaltzustandes des bestimmten Verbrauchers umfasst und andere Verbraucher durch die Befehls-Information unbeeinflusst unverändert angesteuert werden. So lässt sich die Ansteuerung und auch die Steuerung vereinfachen, indem mit dem Echtzeit-Signal keine umfangreiche Befehls-Information für den gesamten Ansteuerzustand, also beispielsweise eine Beschreibung aller Schaltzustände der insgesamt ansteuerbaren Verbraucher, sondern ein reduzierter Informationsumfang übertragen wird.
Mit dem Echtzeit-Signal kann, insbesondere für eine bestimmte Ansteuerdauer, ein bestimmter Ansteuerzustand ein- oder ausgeschaltet werden. Auch kann ein gemäß einer bestimmten Folge von Ansteuerzuständen nachfolgender Ansteuerzustand erreicht oder die bestimmte Folge selbst gestartet werden, insbesondere wobei die bestimmte Folge auch einen bestimmten Zeitablauf der Ansteuerzustände umfasst. So kann das Echtzeit-Signal als bloßes Einschalt-, Weiterschalt- und/oder Ausschaltsignal mit geringem technischen Aufwand übertragen werden, um einen bestimmten Ansteuerzustand mit hoher zeitlicher Genauigkeit zu erreichen, also ein- oder auszuschalten. Dabei umfasst der Zeitablauf zumindest eine Ansteuerdauer.
Im Übrigen kann die bestimmte Folge von Ansteuerzuständen, insbesondere in der Ansteuereinrichtung, hinterlegt sein und es kann jeweils durch das Echtzeit-Signal ein durch die Folge festgelegter, nachfolgender Ansteuerzustand eingeschaltet werden, also innerhalb der Folge weitergeschaltet werden. So lässt sich ein bestimmter Ansteuerzustand durch ein einfaches, leicht zu realisierendes Echtzeit-Signal mit geringem Informationsumfang, durch das insbesondere nur eine Zeitinformation, beispielsweise ein Triggersignal, übertragen wird, zeitlich genau schalten.
Ferner kann auch der bestimmte Zeitablauf, insbesondere in der Ansteuereinrichtung, hinterlegt sein, und zwar insbesondere als ein Bestandteil der Folge, beispielsweise als Liste von Datenpaaren aus jeweils einem Ansteuerzustand und einer zugehörigen Ansteuerdauer. Dann wird zum Erreichen eines bestimmten Ansteuerzustands für eine bestimmte Ansteuerdauer nur ein Einschaltsignal und kein Ausschaltsignal als Echtzeit-Signal benötigt, da die Ansteuerdauer des jeweiligen Ansteuerzustandes durch den Zeitablauf bestimmt ist. Vorzugsweise wird dabei mit dem Einschaltsignal eine Abfolge von durch die Folge festgelegten Ansteuerzuständen gemäß dem Zeitablauf zeitlich genau geschaltet, indem die jeweiligen nachfolgenden Ansteuerzustände von der Ansteuereinrichtung selbsttätig und somit unabhängig von zeitlichen Verzögerungen durch die Kommunikationsmittel zeitlich genau geschaltet werden. Auch lässt sich so ein Steueraufwand der Steuerung reduzieren.
Es können eine Mehrzahl von Folgen, insbesondere mit oder als Teilfolgen, realisiert sein, die durch das Echtzeit-Signal mittels der Befehls-Information gezielt angesprochen werden, um verschiedene Abfolgen von Ansteuerzuständen zu erreichen. Dadurch lassen sich mit wenigen unterschiedlichen Befehls-Informationen zahlreiche Ansteuerzustände in definierten Sequenzen, insbesondere auch Subsequenzen, erreichen. Die zuvor und nachfolgend genannten Merkmale bezüglich der Folge von Ansteuerzuständen trifft analog auch auf entsprechende Teilfolgen zu.
Um eine Folge baulich einfach in der Ansteuereinrichtung zu hinterlegen, kann in der Ansteuereinrichtung eine Zustandsmaschine mit der bestimmten Folge von Ansteuerzuständen ausgebildet sein, wobei die Zustandsmaschine vorzugsweise durch das Echtzeit-Signal getriggert wird. So lässt sich durch das Echtzeit-Signal als Trigger-Signal die Zustandsmaschine mit geringem Aufwand in einen Folgezustand überführen.
Ferner kann die Ansteuereinrichtung, insbesondere die Zustandsmaschine, mit einem Zeitgeber für den bestimmten Zeitablauf ausgebildet sein, um die Folge von Ansteuerzuständen selbsttätig, insbesondere zeitlich genau gemäß dem Zeitablauf, zu schalten. Dabei ist bevorzugt, dass die Zustandsmaschine durch den Zeitgeber getriggert wird und der Zeitgeber durch das Echtzeit-Signal gestartet wird.
Es ist bevorzugt, dass zeitlich vor dem Echtzeit-Signal von der Steuerung über das Daten-Kommunikationsmittel eine Daten-Information zu der Ansteuereinrichtung übertragen wird. So lassen sich umfangreichere Daten, beispielsweise ein Parameter, bequem und mit hoher Übertragungssicherheit über das Daten-Kommunikationsmittel austauschen, und zwar vorzugsweise zu einem Zeitpunkt, der zeitlich unkritisch ist, sodass die übertragenen Daten-Informationen rechtzeitig zur Verfügung stehen.
Vorzugsweise bestimmt dabei die Daten-Information einen Ansteuerzustand, eine Änderung des Ansteuerzustands, eine Ansteuerdauer, eine Folge von Ansteuerzuständen und/oder einen Zeitablauf für die Folge. Es kann also eine Daten-Information übertragen werden, die einen bestimmten Ansteuerzustand vollständig beschreibt oder auch eine Änderung des Ansteuerzustands beschreibt, sodass später ein einfaches Einschalt- oder Ausschaltsignal als Echtzeit-Signal zum Erreichen des Ansteuerzustands übertragbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Ansteuerdauer als Daten-Information übertragen werden, sodass beispielsweise der Ansteuerzustand durch das Echtzeit-Signal nur eingeschaltet wird und von der Ansteuereinrichtung selbsttätig zeitlich exakt nach der Ansteuerdauer wieder ausgeschaltet wird. In diesem Sinn kann auch eine Information über die Folge von Ansteuerzuständen und/oder den Zeitablauf übertragen werden, um, wie zuvor erläutert, Abfolgen von Ansteuerzuständen durch die Ansteuereinrichtung automatisiert zu schalten.
Vorzugsweise sind bei dem System die Ansteuereinrichtung und die Steuerung als baulich getrennte Einheiten realisiert, insbesondere wobei in einem Kraftfahrzeug auch weitere bauliche Einheiten, beispielsweise Steuergeräte und/oder Sensoren, für weitere Funktionen jeweils mit Daten-Schnittstellen über das Daten-Kommunikationsmittel miteinander gekoppelt sind, um in beliebigen Kombinationen gegenseitig Daten auszutauschen. So lassen sich eine Vielzahl von baulichen Einheiten mit dem Daten-Kommunikationsmittel koppeln, wodurch allerdings ein Datenverkehr über das Daten-Kommunikationsmittel ansteigt, also auch Verzögerungen beim Übertragen der Datenpakete zunehmen. Umso größer wird jedoch ein Nutzen durch die beiden Kommunikationswege, nämlich mittels des Echtzeit-Signals für die zeitliche Genauigkeit beim Ansteuern und der Daten-Information zum Übertragen zusätzlicher oder umfangreicherer Informationen. Durch die bauliche Trennung lassen sich die Steuerung und die Ansteuereinrichtung unabhängig voneinander herstellen und/oder auch an verschiedenen, geeigneten Positionen in dem Kraftfahrzeug montieren.
Die Ansteuereinrichtung ist vorzugsweise für eine separate Ansteuerung elektrischer Verbraucher, insbesondere Schaltvorrichtungen, ausgebildet. Dabei können Schaltvorrichtungen als ein Schaltrelais zum Bestromen eines Startermotors und/oder als ein Einspurrelais zum Koppeln des Startermotors mit der Brennkraftmaschine mittels eines in einen Zahnkranz einzuspurenden Starterritzels ausgebildet sein, insbesondere wobei das Schaltrelais, der Startermotor, das Einspurrelais und das Starterritzel ein Bestandteil der Startvorrichtung sind. So lässt sich die Startvorrichtung flexibel, beispielsweise für verschiedene, später erläuterte, Aktionen, einsetzen, wobei die elektrischen Verbraucher unabhängig voneinander angesteuert werden.
Im Übrigen kann die Steuerung in einer Motorsteuerung integriert oder als eine solche ausgebildet sein und so kostengünstig und ressourcenschonend als eine ohnehin vorhandene bauliche Einheit des Kraftfahrzeugs realisiert sein.
Ferner kann mit dem Echtzeit-Signal eine Befehls-Information pulsweitencodiert übertragen werden. Solche Signale können störungsunempfindlich, insbesondere unabhängig von üblichen Spannungsschwankungen in einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs, übertragen werden, wobei sich, insbesondere durch eine Flanke eines Pulses, eine genaue zeitliche Information als Echtzeit-Signal übertragen lässt. Dabei können verschiedene Ansteuerzustände mit genau einem Puls längencodiert oder mit einer Mehrzahl von Pulsen durch eine Anzahl der Pulse codiert werden. Die Befehls-Information kann auch mit einer Mehrzahl von Pulsen sowohl durch die Anzahl der Pulse als gleichzeitig auch längencodiert werden, um einen Informationsumfang zu erhöhen.
Mit dem Echtzeit-Signal kann eine Befehls-Information auch spannungscodiert übertragen werden, sodass beispielsweise verschiedene Ansteuerzustände durch verschiedene elektrische Spannungen des Echtzeit-Signals codiert werden. Durch eine Spannungscodierung lässt sich ein zusätzlicher Informationsumfang ohne zeitliche Beeinflussung des Echtzeit-Signals übertragen.
Gemäß einem bevorzugten alternativen Verfahren wird statt der Pulslänge der Pulsabstand ab einem Zeit-Synchronisationsimpuls gemessen, um derart die codierte Information zu übermitteln. Dabei ist vorteilhaft, dass der Zeit-Synchronisationspuls als „alive”-Information, also als Mitteilung der aktiven Betriebsbereitschaft genutzt werden kann. Dieses Verfahren kann auch vorteilhafterweise variiert werden, indem beispielsweise ein Ein oder Aus Zustand, über das Spannungsvorzeichen übermittelt wird.
Im Übrigen kann mit dem Echtzeit-Signal eine Befehls-Information als Vorzeichen einer elektrischen Spannung des Echtzeit-Signals codiert übertragen werden, insbesondere zum Ein- oder Ausschalten eines Ansteuerzustands oder eines bestimmten Verbrauchers. So lässt sich eine zusätzliche Information ohne zusätzliche zeitliche Verzögerung übertragen und das Echtzeit-Signal mit geringem Steuer- und Schaltungsaufwand sowohl als Einschalt- als auch als Ausschaltsignal realisieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist bevorzugt, dass mit dem Echtzeit-Signal eine Befehls-Information Bit-codiert mittels der Echtzeit-Schnittstellen und einer Mehrzahl von parallelen Kommunikationsleitungen des Echtzeit-Kommunikationsmittels parallel übertragen wird. Durch eine bestimmte Anzahl paralleler Kommunikationsleitungen lässt sich eine dieser Anzahl entsprechenden Zweierpotenz unterschiedlicher Ansteuerzustände codieren und außerdem durch eine parallele Übertragung des Echtzeit-Signals ein Informationsumfang ohne zusätzliche zeitliche Verzögerung erhöhen. Im Übrigen können die Steuerung, die Ansteuereinrichtung und/oder die Schnittstelleneinrichtung auch eine entsprechende Mehrzahl von Echtzeit-Schnittstellen aufweisen, die insbesondere jeweils für genau eine der parallelen Kommunikationsleitungen ausgebildet sind.
Dabei ist bevorzugt, dass die bestimmte Mehrzahl einer Anzahl von durch die Ansteuereinrichtung unabhängig ansteuerbaren elektrischen Verbrauchern entspricht. Dadurch entfällt eine aufwendige Codierung des Echtzeit-Signals, indem mit dem Echtzeit-Signal parallel über die parallelen Kommunikationsleitungen jeweils ein Verbraucher separat ansteuerbar ist.
Die Aufgabe wird auch durch ein Computerprogrammprodukt auf einem computerlesbaren Datenträger 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 und/oder der Ansteuereinrichtung ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt erfordert nur wenige oder keine zusätzlichen Bauteile und lässt sich einfach realisieren. 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.
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A) einen Schaltplan einer Startvorrichtung mit einem System,
1B) einen Schaltplan einer zu 1A) alternativen Relaisschaltung,
2 eine Tabelle mit Befehls-Informationen,
3 einen Verfahrensablauf anhand eines Zeit-Drehzahl-Kennliniendiagramm und Ansteuerzuständen,
4 einen weiteren Verfahrensablauf anhand eines Zeit-Drehzahl-Kennliniendiagramm und Ansteuerzuständen,
5, 5A und 6A, B) jeweils ein Zeit-Spannungsdiagramm mit einer Informationscodierung,
7 einen Schaltplan eines bevorzugten Systems,
8 ein Zeit-Spannungsdiagramm mit einer Informationscodierung,
9A) einen Schaltplan eines bevorzugten Systems,
9B) ein Zeit-Spannungsdiagramm mit einem zeitlichen Verlauf von Ansteuerzuständen und
10, 11, 12A) bis D) jeweils einen Schaltplan eines bevorzugten Systems.
Ausführungsformen der Erfindung
Die 1A) zeigt einen Schaltplan einer Startvorrichtung 100 zum Starten einer Brennkraftmaschine 2 eines Kraftfahrzeugs mit einem System 1, das eine Steuerung 3 und eine Ansteuereinrichtung 4 umfasst, die jeweils eine Schnittstelleneinrichtung 5 mit einer Daten-Schnittstelle 8 aufweisen, über die beide mit einem Daten-Kommunikationsmittel 9 gekoppelt sind. Das Daten-Kommunikationsmittel 9 ist, wie in den 12D) erläutert, als ein bidirektionaler 1-Bit-Bus ausgebildet.
Ferner weisen die Schnittstelleneinrichtungen 5 der Steuerung 3 und der Ansteuereinrichtung 4 jeweils eine Echtzeit-Schnittstelle 6 für ein Echtzeit-Kommunikationsmittel 10 auf, mit dem die Steuerung 3 und die Ansteuereinrichtung 4 zusätzlich gekoppelt sind. Dabei sind die Echtzeit-Schnittstellen 6 und das Echtzeit-Kommunikationsmittel 10 für eine Übertragung eines Echtzeit-Signals S zum Erreichen eines Ansteuerzustand Z der Ansteuereinrichtung 4 ausgebildet, wobei das Echtzeit-Signal S von der Steuerung 3 zu der Ansteuereinrichtung 4 übertragen wird.
Im Übrigen sind die Steuerung 3 und die Ansteuereinrichtung 4 als baulich getrennte Einheit in dem Kraftfahrzeug ausgebildet und außerdem ist die Steuerung 3 in einem ohnehin vorhandenen Motorsteuergerät des Kraftfahrzeugs integriert.
Die Startvorrichtung 100 umfasst ferner einen Startermotor 17 zum Starten der Brennkraftmaschine 2, wobei zum Koppeln des Startermotors 17 mit der Brennkraftmaschine 2 mittels eines Einspurrelais ES über einen Hebel 14 ein Starterritzel 15 in einen Zahnkranz 16 der Brennkraftmaschine 2 eingespurt wird. Der Startermotor 17 ist über ein Anzugsrelais KA und ein Halterelais KH bestrombar, wobei die Bestromung mittels des Anzugsrelais KA über einen Anlaufwiderstand 18 begrenzt wird, um einen Spannungseinbruch zu reduzieren. Die Bestromung des Startermotors 17 erfolgt über eine Batterie 21 des Kraftfahrzeugs, über die auch, nicht dargestellt, das System 1 und die Relais KA, KH, ES mit elektrischer Leistung versorgt werden.
Die drei Relais KA, KH, ES sind jeweils separat über Ansteuerleitungen 7a, 7b, 7c, 7d durch die Ansteuereinrichtung 4 schaltbar, wobei das Einspurrelais ES mit einer Doppelwicklung mit zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren Wicklungen ausgebildet ist, und zwar einer Einzugswicklung EW und einer Haltewicklung HW. Folglich sind bei diesem Ausführungsbeispiel insgesamt 16 unterschiedliche Ansteuerzustände Z möglich. Die Relais KA, KH, ES können also unabhängig voneinander geschaltet werden, um, wie in den 3 und 4 erläutert, verschiedene Aktionen der Startvorrichtung zu ermöglichen.
Es ist weiterhin möglich die Anordnung der Relais KA und KH in serieller Reihenfolge vorzunehmen, wie in 1B) abgebildet. Die Ansteuerung der Relais KA und KH erfolgt dann nicht mehr unabhängig voneinander. Dabei zeigt die 1B) eine alternative Schaltungsanordnung der Relais KA und KH als Ausschnitt der 1A).
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist bevorzugt, dass jedes der drei Relais KA, KH, ES mit einer Doppelwicklung, also mit zwei separat ansteuerbaren Wicklungen pro Relais KA, KH, ES, ausgebildet, sodass dann dementsprechend 64 Ansteuerzustände Z möglich sind.
Im Übrigen ist die Steuerung 3 mit einem Mikrocomputer 11 und einem Speicher 12 ausgebildet, in dem die zuvor und nachfolgend genannten Verfahrensschritte ausgeführt werden. Dabei arbeiten die Steuerung 3 und auch die Ansteuereinrichtung 4 mit einem Arbeitstakt von einer Millisekunde (davon abweichende Arbeitstakte sind ebenfalls möglich, falls sie eine Echtzeitsteuerung der Ansteuereinrichtung ermöglichen), wobei eine Datenübertragung über die Daten-Schnittstellen 8 und das Daten-Kommunikationsmittel 9 einerseits mit etwa 100 ms vergleichsweise langsam und andererseits aufgrund variierender Laufzeiten bei unterschiedlichen Auslastungen des Daten-Kommunikationsmittels 9 nicht genau vorhersagbar ist. Im Gegensatz dazu ist eine Laufzeit des Echtzeit-Signals S über die Echtzeit-Schnittstellen 6 und das Echtzeit-Kommunikationsmittel 10 genau vorhersagbar, und zwar schneller als ein vorgegebener Arbeitstakt von höchstens einer Millisekunde. Somit wird mit dem Echtzeit-Signal S eine für den Verfahrensablauf erforderliche Übertragung in Echtzeit erzielt, die zu einem verschleißfreien bzw. -armen Einspuren eines Starterritzels in den auslaufenden Zahnkranz einer ausgeschalteten Brennkraftmaschine genutzt werden kann.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Schnittstelleneinrichtung 5 oder auch der Mikrocomputer 11 mit der Schnittstelleneinrichtung 5 als eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein sogenannter ASIC, ausgebildet, sodass das System 1 beziehungsweise die Startvorrichtung 100 mit geringem Bauteilaufwand herstellbar ist.
Gemäß einem Verfahren zum Betreiben des Systems 1 wird über die Echtzeit-Schnittstellen 6 das Echtzeit-Signal S zum Erreichen eines bestimmten Ansteuerzustands Z von der Steuerung 3 zu der Ansteuereinrichtung 4 übertragen, um die Relais KA, KH, ES dem beabsichtigten Ansteuerzustand Z entsprechend zu schalten. Dabei wird mittels des Echtzeit-Signals S eine hohe zeitliche Genauigkeit beim Schalten der Relais KA, KH, ES erzielt, da das Echtzeit-Signal S in Echtzeit von der Steuerung 3 zu der Ansteuereinrichtung 4 übertragen wird, also mit einer Laufzeit, die sich nicht spürbar auf den Verfahrensablauf auswirkt. So können mit dem Startermotor 17 und dem Starterritzel 15, wie in der 4 erläutert, auch zeitlich kritische Aktionen ausgeführt werden. Über das Daten-Kommunikationsmittel 9 und die Daten-Schnittstellen 8 werden grundsätzlich Diagnoseinformationen von der Ansteuereinheit 4 zu der Steuerung 3 übermittelt. Vorzugsweise werden darüber hinaus auch, wie nachfolgend erläutert, Daten-Informationen über die Daten-Schnittstellen 8 und das Daten-Kommunikationsmittel 9 von der Steuerung 3 zu der Steuereinrichtung 4 übertragen.
Im Übrigen wird bei einem bevorzugten Verfahren mit dem Echtzeit-Signal S eine Befehls-Information SZ übertragen, die, wie beispielsweise in der 2 gezeigt, eine Änderung eines Ansteuerzustandes Z bestimmt. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird mit dem Echtzeit-Signal S eine Befehls-Information SZ übertragen, die einen bestimmten Ansteuerzustandes Z vollständig beschreibt, wobei also die Befehlsinformation SZ eine jeweilige Ansteuerung für alle ansteuerbaren Verbraucher beschreibt.
Die 2 zeigt eine Tabelle mit Befehls-Informationen SZ, die als Echtzeit-Signal S zum Erreichen eines bestehenden Ansteuerzustandes Z übertragen werden, wobei in der ersten Spalte unterschiedliche, binär codierte Befehls-Informationen SZ und in der zweiten Spalte eine Änderung des Ansteuerzustandes Z dargestellt ist. Dabei wird mit einem „+” ein Einschalten und mit einem „–” ein Ausschalten des entsprechenden Relais KA, KH beziehungsweise der entsprechenden Relaiswicklungen EW, HW des Einspurrelais ES gekennzeichnet. Diese Befehls-Informationen SZ sind also Anweisungen der Steuerung 3 an die Ansteuereinrichtung 4 zum Einstellen eines bestimmten Ansteuerzustandes Z, wobei durch eine Anweisung jeweils ein einzelner anzusteuernder Verbraucher geschaltet wird. Die Zuordnung der binär codierten Befehls-Informationen SZ kann auch mit jedem anderen beliebigen Ansteuerzustand Z erfolgen.
Bei einem alternativen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird, wie zuvor genannt, als Befehls-Information SZ eine vierstellige, binär codierte Befehls-Information SZ als Echtzeit-Signal S übertragen, die einen bestimmten der 64 möglichen Ansteuerzustände Z definiert. Vorzugsweise sind dabei die einzelnen Bits der vierstelligen binären Befehls-Information SZ jeweils genau einem Relais KA, KH beziehungsweise einer Wicklung EW, HW zugeordnet und geben jeweils an, ob diese bei dem zu erreichenden Ansteuerzustand Z jeweils eingeschaltet, also bestromt, oder ausgeschaltet sind. Bei einer solchen Befehls-Information SZ ist vorteilhaft, dass der zu erreichende Ansteuerzustand Z jeweils vollständig durch die Befehls-Information SZ beschrieben wird, also unabhängig von einem vorhergehenden Ansteuerzustand Z definiert einstellbar ist.
Außerdem ist bevorzugt, dass mit dem Echtzeit-Signal S nicht nur Befehls-Informationen SZ zum Erreichen bestimmter Ansteuerzustände Z übertragen werden, sondern auch weitere Zustände, beispielsweise für einen Notaus oder für einen Notstart, oder dass Sicherheits-Informationen als Echtzeit-Signal S übertragen werden.
Die 3 zeigt in der oberen Hälfte ein Zeit-Drehzahl-Kennliniendiagramm und in der unteren Hälfte entsprechende Ansteuerzustände Z beim Betreiben des Systems 1 zum Starten der Brennkraftmaschine 2. Dabei wird die Brennkraftmaschine 2 in einem Start-Stopp-Betriebsmodus betrieben, wobei zu Beginn der Zeitachse t die Brennkraftmaschine 2 ausgeschaltet ist und still steht, nachdem sie beim Halten des Kraftfahrzeugs gemäß einer Start-Stopp-Betriebsstrategie ausgeschaltet wurde und ausgelaufen ist. Dabei ist in der oberen Hälfte eine Drehzahl n₁₆ des Zahnkranzes 16, die einer Drehzahl der Brennkraftmaschine 2 entspricht, aufgetragen. Dabei wird, insbesondere wie zuvor oder nachfolgend erläutert, für die gezeigten Ansteuerzustände Z die Ansteuereinrichtung 4 über die Echtzeit- und/oder die Daten-Schnittstelle 6, 8 von der Steuerung 3 angesprochen.
Entlang der Zeitachse t ist die Brennkraftmaschine 2 vor Beginn des Startvorgangs also im Stillstand, sodass die Drehzahl n₁₆ Null beträgt. Dabei ist mit der Ansteuereinrichtung 4 ein Ansteuerzustand Z geschaltet, bei dem alle Relais KA, KH, ES ausgeschaltet sind. Zum Starten wird zu einem Zeitpunkt t₁ ein Echtzeit-Signal S mit der Befehls-Information SZ „001” und unmittelbar darauf ein weiteres Echtzeit-Signal S mit der Befehls-Information SZ „011” von der Steuerung 3 zu der Ansteuereinrichtung 4 übertragen, um, gemäß der 2, die Einzugswicklung EW und die Haltewicklung HW einzuschalten. Dadurch wird das Einspurrelais ES maximal bestromt, um die Brennkraftmaschine 2 mit dem Startermotor 17 zu koppeln, und zwar indem das Starterritzel 15 in den Zahnkranz 16 eingespurt wird.
Anschließend wird zu einem Zeitpunkt t₂ ein Echtzeit-Signal S mit der Befehls-Information SZ „000” übertragen, um die Einzugswicklung EW auszuschalten und das Starterritzel 15 bei einer reduzierten Stromaufnahme des Einspurrelais ES weiterhin in dem Zahnkranz 16 eingespurt zu halten. Unmittelbar darauf wird ein weiteres Echtzeit-Signal S mit der Befehls-Information SZ „101” von der Steuerung 3 zu der Ansteuereinrichtung 4 übertragen, um das Anzugsrelais KA einzuschalten und den Startermotor 17 über den Anlaufwiderstand 18 so mit einem reduzierten Anlaufstrom anzudrehen, dass ein unerwünscht hoher Spannungseinbruch verhindert wird.
Zu einem Zeitpunkt t₃ hat die Drehzahl n₁₆ eine von Null verschiedene Drehzahl n₁ erreicht, sodass in dem Startermotor 17 durch die Drehbewegung eine Spannung induziert wird, die einem Spannungseinbruch entgegen wirkt, sodass der Startermotor 17 anschließend ohne Nachteil mit einer vollen elektrischen Leistung betrieben werden kann. Dazu wird zum Zeitpunkt t₃ ein Echtzeit-Signal S mit der Befehls-Information SZ „111” übertragen, um das Halterelais KH einzuschalten und den Startermotor 17 unmittelbar aus der Batterie 21 zu bestromen. Unmittelbar darauf wird ein weiteres Echtzeit-Signal S mit der Befehls-Information SZ „100” übertragen, um das Anzugsrelais KA auszuschalten. Daraufhin wird die Brennkraftmaschine 2 bei einer vollen elektrischen Leistung des Startermotors 17 soweit angetrieben, bis eine weitere Drehzahl n₂ erreicht ist, bei der die Brennkraftmaschine 2 selbsttätig läuft.
Nachdem die Brennkraftmaschine 2 also gestartet ist, wird zu einem Zeitpunkt t₄ ein Echtzeit-Signal S mit der Befehls-Information SZ „110” von der Steuerung 3 zu der Ansteuereinrichtung 4 übertragen, um das Halterelais KH auszuschalten, sodass der Startermotor 17 wieder ausgeschaltet wird. Daraufhin wird zu einem Zeitpunkt t₅ ein Echtzeit-Signal S mit der Befehls-Information SZ „010” übertragen, um die Haltewicklung HW des Einspurrelais ES auszuschalten und das Starterritzel 15 aus dem Zahnkranz 16 auszuspuren.
Die 4 zeigt einen speziellen Verfahrensablauf eines Start-Stopp-Betriebsmodus, bei dem eine Startanforderung an die Brennkraftmaschine 2 während eines Auslaufens der Brennkraftmaschine 2 aufgrund eines früheren Stopp-Signals auftritt. Die Startanforderung tritt ein, nachdem die Brennkraftmaschine 2 eine Geschwindigkeit zum Selbststart nicht mehr aufweist, sodass sie durch die Startvorrichtung 100 fremdgestartet werden muss. Dieser Verfahrensablauf ist in der oberen Hälfte als ein Zeit-Drehzahl-Kennliniendiagramm dargestellt, wobei eine Drehzahl n gegenüber der Zeitachse t aufgetragen ist. Wie zuvor genannt, wurde aufgrund des Stopp-Signals die laufende Brennkraftmaschine 2 zu einem Ausschaltzeitpunkt t_A durch Unterbrechen einer Kraftstoffzufuhr ausgeschaltet wird, sodass ab dem Ausschaltzeitpunkt t_A die Brennkraftmaschine 2 mit zunehmend sinkender Drehzahl ausläuft. Dieser Drehzahlverlauf ist mittels der Drehzahl n₁₆ des Zahnkranzes 16 dargestellt.
Um die Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine 2 im Start-Stopp-Betriebsmodus zu erhöhen, also die ausgeschaltete, auslaufende Brennkraftmaschine 2 bereits während des Auslaufens wieder starten zu können, wird das Starterritzel 15 in den drehenden Zahnkranz 16 eingespurt. Hierfür ist eine definierte und genau festgelegte Ansteuerung des Startmotors 17 und der Relais KA, KH, ES für eine verschleißarme bzw. verschleißfreie Kopplung mit der Brennkraftmaschine wichtig.
Dazu wird von der Steuereinrichtung 4 zu einem Zeitpunkt t₁ ein Echtzeit-Signal S mit der Befehls-Information SZ „101” übertragen, um das Anzugsrelais KA einzuschalten und den Startermotor 17 über den Anlaufwiderstand 18 zu bestromen. Dadurch wird der Startermotor 17 mit reduzierter elektrischer Leistung auf eine Drehzahl n₁₅ des Starterritzels 15 beschleunigt, die höher als eine Drehzahl n₁₅ zu einem beabsichtigten späteren Kopplungszeitpunkt ist. Dann wird der Startermotor 17 mittels eines Echtzeit-Signals S mit der Befehls-Information SZ „100” ausgeschaltet, sodass er mit sinkender Drehzahl n₁₅ ausläuft.
Sobald das Starterritzel 15 und der Zahnkranz 16 im wesentlichen synchrone Umlaufgeschwindigkeiten erreicht haben, wird das Starterritzel 15 in den Zahnkranz 16 verschleißarm bzw. verschleißfrei eingespurt, indem zu einem Zeitpunkt t3 mittels eines Echtzeit-Signals S mit der Befehls-Information SZ „001” und einem unmittelbar darauf folgenden weiteren Echtzeit-Signal S mit der Befehls-Information SZ „011” das Einspurrelais ES, wie zuvor beschrieben, maximal bestromt wird. Dadurch werden der Startermotor 17 und die Brennkraftmaschine 2 gekoppelt, sodass zu einem Zeitpunkt t4 ein Echtzeit-Signal S mit der Befehls-Information SZ „000” zum Ausschalten der Einzugswicklung EW übertragen wird und unmittelbar ein Echtzeit-Signal S mit der Befehls-Information SZ „101” zum Schalten des Anzugsrelais KA übertragen wird. Der Startermotor 17 wird zur Reduzierung eines Spannungseinbruchs über den Anlaufwiderstand 18 reduziert bestromt, um die mit ihm gekoppelte Brennkraftmaschine 2 anzudrehen.
Zu einem Zeitpunkt t₅ wird ein Echtzeit-Signal S mit der Befehls-Information SZ „111” unmittelbar gefolgt von einem Echtzeit-Signal S mit der Befehls-Information SZ „100” übertragen, um den Startermotor für eine volle elektrische Leistung statt über das Anzugsrelais KA über das Halterelais KH zu bestromen und die Brennkraftmaschine 2 mit maximaler Leistung anzudrehen. Sobald die Brennkraftmaschine 2 selbsttätig läuft, wird zu einem Zeitpunkt t₆ ein Echtzeit-Signal S mit der Befehls-Information SZ „110” übertragen, um die Bestromung des Startermotors 2 durch Ausschalten des Halterelais KH zu beenden. Daraufhin wird zu einem Zeitpunkt t₇ auch das Einspurrelais ES mittels eines Echtzeit-Signals S mit der Befehls-Information SZ „010” ausgeschaltet, um den Startermotor 17 und die Brennkraftmaschine 2 zu entkoppeln.
Die 5 zeigt schematisch ein Zeit- und Spannungsdiagramm mit einer Informationscodierung beim Betreiben des Systems 1 mit einem pulsweitenmodulierten Echtzeit-Signal S, wobei eine Spannung U des Echtzeit-Signals S gegen die Zeitachse t aufgetragen ist. Bei diesem Verfahren werden Befehls-Informationen SZ pulsweitencodiert, also über eine Länge des Echtzeit-Signals S codiert, wobei die Länge eines Pulses schrittweise zwischen einem minimalen Wert P_min für die Befehls-Information SZ „000” und einem maximalen Wert P_max für die Befehls-Information SZ „111” variiert wird.
Um eine zuverlässige Übertragung, also zuverlässige Informationsübermittlung und -Interpretation, des Echtzeit-Signals S zu gewährleisten, weisen bevorzugt Sender und Empfänger, also die Echtzeit-Schnittstellen 6 der Steuerung 3 und der Ansteuereinrichtung 4, gegenüber dem Echtzeit-Signal S eine mindestens doppelte Arbeitsfrequenz gegenüber dem Echtzeit-Signal S auf. Deshalb arbeiten die Echtzeit-Schnittstellen 6 beispielsweise in einem 25-Mikrosekunden-Takt, wobei die Übertragung des Echtzeit-Signals S beispielsweise in einem 1-Millisekunden-Takt erfolgt, sodass eine bestimmte Länge des Pulses zuverlässig erzeugt beziehungsweise erkannt wird. Die Länge der Pulse selbst variiert zwischen dem minimalen Wert P_min von 100 Mikrosekunden und dem maximalen Wert P_max von 900 Mikrosekunden. Das Echtzeit-Signal S wird also innerhalb einer genau vorhersagbaren Zeitdauer des 1-Millisekunden-Takts übertragen, sodass die Befehls-Information SZ in Echtzeit übertragen wird. Dabei entspricht eine Verzögerung aufgrund des 1-Millisekunden-Takts des Echtzeit-Signals S dem Arbeitstakt der Steuerung 3 und der Ansteuereinrichtung 4, sodass sich die Verzögerung nicht auf einen Arbeitsprozess des Systems 1 auswirkt. Im Übrigen ist die Übertragung des Echtzeit-Signals S schneller als die Übertragung von Daten-Informationen über das Daten-Kommunikationsmittel 9, die in der 12d) erläutert wird, die außerdem auch nicht hochgenau vorhersagbar ist.
Zur Erhöhung einer Übertragungssicherheit des Echtzeit-Signals S sind vorzugsweise verbotene Längenbereiche V zwischen erlaubten Bereichen für die Länge der Pulse definiert, die die zulässigen Längen der Pulse gemäß der Codierung der Befehls-Informationen SZ voneinander trennen. Ferner ist bevorzugt, dass zur Steigerung der Übertragungssicherheit in einem verbotenen Bereich V, insbesondere in einem zeitlichen Bereich zwischen einem Ende des Pulses und dem Beginn eines nachfolgenden 1-Millisekunden-Takts, eine Prüfinformation, beispielsweise als Prüf-Bit („parity-Bit”), übertragen wird.
Je nach Anzahl der möglichen Ansteuerzustände Z beziehungsweise der verschiedenen vorgesehenen Befehls-Informationen SZ erhöht und erniedrigt sich der zu codierende Informationsumfang, sodass sich beispielsweise eine Signalfrequenz erhöht beziehungsweise erniedrigt. Bei einem alternativen Verfahren wird zur Reduktion des mit dem Echtzeit-Signal S zu übermittelnden Informationsumfangs eine Daten-Information bereits vor dem Echtzeit-Signal S über die Daten-Schnittstellen 8 und das Daten-Kommunikationsmittel 9 übertragen.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird über ein Vorzeichen der Spannung U, also über eine Polarität, eine Information zum Ein- oder Ausschalten des jeweiligen, durch die Pulsweitencodierung bestimmten Relais KA, KH beziehungsweise der Wicklungen EW, HW übertragen. Vorzugsweise wird durch eine positive Spannung U ein Einschaltsignal und über eine negative Spannung U ein Ausschaltsignal bestimmt.
Die 5A zeigt ein alternatives Verfahren zum Zeit-Spannungsdiagramm der 5, gemäß dem eine Befehlsinformation über einen Pulsabstand mit dem Echtzeit-Signal S übertragen wird. Das heißt, es wird der Abstand zwischen dem Signal S1 und S2 gemessen und davon abhängig die codierte Befehlsinformation herausgelesen. Dies erfolgt beispielsweise in einem 1 ms-Raster, wobei der Pulsabstand zwischen 100 und 800 μs sein kann. Zusätzlich wird am Anfang jeder Taktung ein Zeit-Synchronisationssignal TS übermittelt. Somit ist eine Informationskodierung möglich.
Die 6 zeigt schematisch eine weitere Informationscodierung beim Betreiben des Systems 1, die sich von der in der 5 gezeigten dadurch unterscheidet, dass als Echtzeit-Signal S eine Mehrzahl von Pulsen pro 1-Millisekunden-Takt übertragen werden, wobei die Befehls-Information SZ auch durch eine Anzahl der Pulse pro 1-Millisekunden-Takt codiert wird. Vorzugsweise wird die Befehls-Information SZ des Echtzeit-Signal S sowohl pulsweitencodiert als auch durch die Anzahl der Pulse codiert übertragen. Dabei sind, wie in der 6A) und in der 6B) exemplarisch dargestellt, je nach zu codierendem Informationsumfang verschiedene Kombinationen von Länge und Anzahl der Pulse bevorzugt. Ferner sind die einzelnen Pulse, vorzugsweise durch einen bestimmten Pulsabstand W, zeitlich voneinander beabstandet, um eine Sicherheit für eine korrekte Informationsübermittlung und -Interpretation zu erhöhen. Ferner ist eine Codierung des Echtzeit-Signals S mittels Länge und Anzahl von Pulsen besonders flexibel, insbesondere bezüglich einer unterschiedlichen Anzahl von möglichen Befehls-Information SZ, anpassbar.
Die 7 zeigt einen Schaltplan eines bevorzugten Systems 1, das sich von dem in der 1A) gezeigten dadurch unterscheidet, dass in der Ansteuereinrichtung 4 eine Zustandsmaschine 22 hinterlegt ist, wobei die Zustandsmaschine 22 für eine bestimmte Folge von Ansteuerzuständen Z definiert ist.
Bei einem bevorzugten Verfahren zum Betreiben dieses Systems 1 wird die Zustandsmaschine 22 mittels des Echtzeit-Signals S, das über die Echtzeit-Schnittstellen 6 und das Echtzeit-Kommunikationsmittel 10 von der Steuerung 3 zu der Ansteuereinrichtung 4 übertragen wird, durchgetaktet, das heißt, dass durch eine Folge von Echtzeit-Signalen S jeweils ein gemäß der Folge von Ansteuerzuständen Z nachfolgender Ansteuerzustand Z durch die Zustandsmaschine 22 geschaltet wird. Als Befehls-Information SZ muss also nur ein Startimpuls als Information für einen Übergang an die Zustandsmaschine 22 übertragen werden, beispielsweise als eine Spannungsflanke des Echtzeit-Signals S, welches die Zustandsmaschine 22 triggert.
Ein Nachteil einer Zustandsmaschine 22 ist möglicherweise, dass die Steuerung 3 im Fehlerfall keine Information über eine tatsächliche Ansteuerung hat. Deshalb ist bevorzugt, dass in der Steuerung 3 ein Modell der Zustandsmaschine 22 hinterlegt ist, das beim Durchtakten entsprechend parallel mitgeführt wird, sodass in der Steuerung 3 eine Information über den jeweiligen Zustand der Zustandsmaschine 22 verfügbar ist.
Im Übrigen ist bei einem bevorzugten System 1 die Zustandsmaschine 22 als feste, vorbestimmte Zustandsmaschine 22 mit geringem Bauteilaufwand technisch einfachst ausgebildet. Ein Nachteil einer solchen Zustandsmaschine 22 ist, dass die Steuerung 3 keine Einflussmöglichkeit auf die Abfolge der Ansteuerzustände Z hat. Deshalb ist alternativ bevorzugt, dass die Zustandsmaschine, wie in der 7 dargestellt, konfigurierbar ausgebildet ist. Dabei wird bei einem bevorzugten Verfahren eine bestimmte Folge von Ansteuerzustände Z als Daten-Information über die Daten-Schnittstellen 8 bereits vor einem Echtzeit-Signal S von der Steuerung 3 zu der Ansteuereinrichtung 4 übertragen und in der Zustandsmaschine 22 hinterlegt. Dadurch ist die Zustandsmaschine 22 einfach und flexibel variierbar.
Ferner ist bevorzugt, dass eine bestimmtes Folgeglied der von der Zustandsmaschine 22 repräsentierten Folge von Ansteuerzuständen Z über die Daten-Schnittstellen 8 vorbestimmt wird und anschließend für einen zeitlich exakten Schaltvorgang mit dem Echtzeit-Signal S als Trigger-Signal der diesem Folgeglied entsprechende Ansteuerzustand Z eingeschaltet wird. So lässt sich die Folge von Ansteuerzuständen Z an beliebiger Stelle starten, um bestimmte Sequenzen oder Subsequenzen der Folge anzusteuern.
Die 8 zeigt schematisch ein Zeit- und Spannungsdiagramm mit einer Informationscodierung eines Echtzeit-Signals S eines bevorzugten Verfahrens zum Betreiben des Systems 1, bei dem eine bestimmte Befehls-Informationen SZ über ein spannungscodiertes Echtzeit-Signal S übertragen wird. In der 8 ist das Echtzeit-Signal S als Verlauf der Spannung U gegen die Zeitachse t aufgetragen, wobei hier in zeitlicher Abfolge vier Befehls-Informationen SZ mittels unterschiedlicher Spannungshöhen U₁ bis U₄ codiert als Echtzeit-Signal S übertragen werden. So lässt sich dem Echtzeit-Signal S mittels der Spannung U ein zusätzlicher Informationsumfang hinzufügen, und zwar ohne zusätzliche zeitliche Verzögerung bei der Übertragung. Bei einem alternativen Verfahren nimmt das Echtzeit-Signal S auch negative Spannungen U an, beispielsweise um zusätzliche Ansteuerzustände Z zu codieren.
Es ist bevorzugt, dass ein durch die Spannungshöhen U₁ bis U₄ bestimmter Ansteuerzustand Z zu einem Zeitpunkt einer Flanke des Echtzeit-Signals S angesteuert, also ein- bzw. ausgeschaltet, wird. So lassen sich sehr kurze Schaltzeiten, die im Wesentlichen durch die Schaltzeiten der Bauteile der Echtzeit-Schnittstellen 6 bestimmt sind, realisieren.
Bei einem alternativen Verfahren ist bevorzugt, dass eine Befehls-Information SZ, die als ein pulsweitenmoduliertes Echtzeitsignal, insbesondere nach 5, übertragen wird, zusätzlich über Spannungshöhen U₁ bis U₄ codiert ist, und zwar vorzugsweise über Vorzeichen der Spannung zum Ein- und Ausschalten eines Ansteuerzustands Z beziehungsweise eines jeweiligen Relais gemäß der Tabelle in 2. So lässt sich die Pulsweitencodierung nach 5 zumindest um ein Bit an Informationsumfang reduzieren, um kürzere Übertragungszeiten des Echtzeit-Signals S zu erzielen.
Die 9A) zeigt einen Schaltplan eines bevorzugten Systems 1, das sich von dem in der 7 dargestellten dadurch unterscheidet, dass die Ansteuereinrichtung 4 einen Zeitgeber 23 zur Ansteuerung der Zustandsmaschine 22 umfasst. Dabei ist eine feste, vorbestimmte Folge von Ansteuerzuständen Z in der Zustandsmaschine 22 hinterlegt und es ist vorzugsweise ein bestimmter Zeitablauf mit zugehörigen Ansteuerdauern T in dem Zeitgeber 23 hinterlegt.
Bei einem Verfahren zum Betreiben dieses Systems 1 wird in einem ersten Schritt der Zeitablauf, also die Ansteuerdauern T, von der Steuerung 3 als Daten-Information über die Daten-Schnittstellen 8 in den Zeitgeber 23 übertragen. Für ein möglichst genaues zeitliches Schalten der jeweiligen Ansteuerzustände Z wird der Zeitgeber 23 durch das Echtzeit-Signal S gestartet, woraufhin dieser in einer zeitlichen Abfolge gemäß dem Zeitablauf jeweils nach den jeweiligen Ansteuerdauern T die Zustandsmaschine 22 zeitlich exakt triggert, und zwar insbesondere ohne jegliche Verzögerung aufgrund der Kopplung zwischen Steuerung 3 und Ansteuereinrichtung 4. So wird mit einem Echtzeit-Signal S als Startsignal die in der Zustandsmaschine 22 hinterlegte Abfolge von Ansteuerzuständen Z entsprechend den in dem Zeitgeber 23 hinterlegten Ansteuerdauern T mit hoher zeitlicher Genauigkeit automatisiert durch die Ansteuereinrichtung 4 angesteuert.
Bei einem alternativen, bevorzugten System 1 ist die Steuereinrichtung 4 mit einer Zustandsmaschine 22 ausgebildet, die sowohl für die bestimmte Folge von Ansteuerzuständen Z als auch vorzugsweise die zugehörigen Ansteuerdauern T ausgebildet ist, sodass der separate Zeitgeber 23 eingespart ist.
Die 9B) zeigt ein Diagramm eines exemplarischen zeitlichen Verlaufs von Ansteuerzuständen Z bei einer Ansteuerung eines Systems 1 gemäß der 9A) entlang der Zeitachse t. Dabei wird vor einem Zeitpunkt t₁ die Folge von Ansteuerdauern T als Daten-Information über die Daten-Schnittstellen 8 in den Zeitgeber 23 und zum Zeitpunkt t₁ ein Echtzeit-Signal S zum Starten des Zeitgebers 23 übertragen. Daraufhin werden die durch die Folge festgelegten Ansteuerzustände Z entsprechend den Ansteuerdauern T von der Ansteuereinrichtung 4 selbsttätig zeitlich genau angesteuert, und zwar: Zum Zeitpunkt t₁ wird das Anzugsrelais KA eingeschaltet, anschließend wird zum Zeitpunkt t₂ zusätzlich das Halterelais KH eingeschaltet, daraufhin wird zum Zeitpunkt t₃ das Anzugsrelais KA ausgeschaltet und schließlich wird zum Zeitpunkt t₄ auch das Halterelais KH ausgeschaltet. Dabei ergeben sich die Zeitpunkte t₂ bis t₄ aus der hinterlegten Folge der Ansteuerdauern T.
Vorzugsweise wird eine vollständige Folge als Ansteuersequenz oder, alternativ, vorzugsweise auch nur eine geeignete Teilfolge als Subsequenz in der Steuereinrichtung 4 hinterlegt und eine Ansteuerung gemäß dieser Sequenz von der Steuerung 3 mittels eines Echtzeit-Signals S gestartet. Vorzugsweise ist die Ansteuereinrichtung 4, insbesondere der Zeitgeber 23 und die Zustandsmaschine 22, so ausgebildet, dass eine bereits ablaufende Ansteuerung gemäß einer solchen Sequenz auch durch ein Echtzeit-Signal S als Ausschaltsignal in Echtzeit beendet wird.
Die 10 zeigt einen Schaltplan eines bevorzugten Systems 1, das sich von dem in der 1A) gezeigten dadurch unterscheidet, dass das Echtzeit-Kommunikationsmittel 10 eine Mehrzahl, hier beispielsweise zwei, parallele Kommunikationsleitungen 10a, 10b aufweist, wobei eine Befehls-Information SZ zum Erreichen eines bestimmten Ansteuerzustand Z Bit-codiert über die parallelen Kommunikationsleitungen 10a, 10b parallel übermittelt wird. In diesem Ausführungsbeispiel lassen sich über die beiden parallelen Kommunikationsleitungen 10a, 10b, also insgesamt vier unterschiedliche Befehls-Informationen SZ entsprechend Bit-codiert übertragen, sich also zwei Ansteuerleitungen 7a, 7b unabhängig voneinander ansteuern.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel umfasst das Echtzeit-Kommunikationsmittel 10 mehr als zwei parallele Kommunikationsleitungen 10a, 10b, sodass eine größere Anzahl unterschiedlicher Befehls-Information SZ, also ein höherer Informationsumfang, als Echtzeit-Signal entsprechend übertragbar ist.
Im Übrigen ist bei einem alternativen Beispiel die Schnittstelleneinrichtung 5, beziehungsweise die Steuerung 3 und/oder die Ansteuereinrichtung 4, mit einer Mehrzahl von einzelnen Echtzeit-Schnittstellen 6 entsprechend der Anzahl der parallelen Kommunikationsleitungen 10a, 10b ausgebildet.
Die 11 zeigt einen Schaltplan eines bevorzugten Systems 1, das sich von dem in der 1A) dargestellten dadurch unterscheidet, dass das Einspurrelais ES mit einer Einfachspule ausgebildet ist und für jede anzusteuernde Ansteuerleitung 7a, 7b, 7c, also auch für jedes anzusteuernde Relais KA, KH, ES, eine separate, jeweils parallel geschaltete, Kommunikationsleitung 10a, 10b, 10c des Echtzeit-Kommunikationsmittels 10 ausgebildet ist, wobei jeweils mit einem separaten Echtzeit-Signal S über eine bestimmte Kommunikationsleitung 10a, 10b, 10c jeweils unabhängig nur die zugehörige Ansteuerleitung 7a, 7b, 7c an- oder ausgeschaltet wird. Dadurch wird ein zusätzlicher Aufwand für die Codierung einer bestimmten Befehls-Information SZ vermieden und außerdem eine für die Codierung oder die Übertragung der codierten Befehls-Information SZ benötigte Zeit eingespart, sodass eine höhere Genauigkeit bei der Ansteuerung erzielt wird. Ferner wird so eine hohe Ansteuersicherheit erzielt.
Diese Vorteile ergeben sich auch, wenn bei einem alternativen Ausführungsbeispiel über die parallelen Kommunikationsleitungen 10a, 10b, 10c eine Befehls-Information SZ als ein einzelnes Echtzeit-Signal S übertragen wird, wobei jedes anzusteuernde Relais KA, KH, ES separat durch eine einzelne Kommunikationsleitung 10a, 10b, 10c angesteuert wird.
Die 12A) zeigt einen Schaltplan eines bevorzugten Systems 1, das sich von dem in der 1A) dargestellten dadurch unterscheidet, dass die Echtzeit-Schnittstelle 6 der Steuerung 3 als ein Interface zu einem Zeitgeber, insbesondere einem GPTA^®, gegen Masse geschaltet, beispielsweise mit einer sogenannten LowSide-Endstufe, ausgebildet ist.
Das GPTA^® (General Purpose Timer Array) ist ein Mikrocontroller-Peripheriebaustein mit speziellen Funktionen zur PWM-Signal-Generierung beziehungsweise zur Messung von Eingangssignalen (Input Capture). Das GPTA^® umfasst mehrere Funktionszellen, die flexibel miteinander verschaltet werden können und so komplexe und schnelle Ausgangspulsmuster erzeugen können. Mit der Funktion eines GPTA^® lassen sich schnelle sich wiederholende und sich verändernde sowie komplexe PWM-Muster mit hoher Auflösung bzw. kleinen Periodenzeiten erzeugen. Wird für die Steuereinheit 3 ein Mikrocontroller verwendet, so wird entweder erst durch die Verwendung des GPTA^® ein entsprechend komplexes und schnelles Echtzeit-Signal S darstellbar oder der Mikrocontroller wird für die Erzeugung des komplexen Echtzeit-Signals S bezüglich der Rechenleistungsanforderung sehr stark entlastet.
Die 12B) zeigt einen Schaltplan eines bevorzugten Systems 1, das sich von dem in der 1A) dargestellten dadurch unterscheidet, dass die Steuerung 3 und die Ansteuereinrichtung 4 nur mittelbar durch Daten-Kommunikationsmittel 9 miteinander gekoppelt sind, wobei beispielsweise ein Zentralcomputer 24 mit einer Vermittlungseinrichtung 25, einem sogenannten Gateway, zwischengeschaltet ist. So lassen sich eine Steuerung 3 und eine Ansteuereinrichtung 4 mit unterschiedlichen Daten-Schnittstellen 8, die insbesondere für unterschiedliche Daten-Kommunikationsmittel 9, 9a ausgebildet sind, miteinander verbinden, indem die Vermittlungseinrichtung 25 eine entsprechende Schnittstellenkonvertierung vornimmt. So ist vorzugsweise das Daten-Kommunikationsmittel 9 als ein sogenannter CAN-Bus und das Daten-Kommunikationsmittel 9a als ein sogenannter LIN-Bus ausgebildet.
Die 12C) zeigt einen Schaltplan eines bevorzugten Systems 1, das sich von dem in der 1A) dargestellten dadurch unterscheidet, dass die Steuerung 3 durch eine schaltungstechnisch vereinfachte Daten-Schnittstelle 8 ausgebildet ist, wobei eine LIN-Bus-Schnittstelle durch eine gegen Masse geschaltete Schaltvorrichtung für kleine elektrische Leistungen als „LIN-Sender” und eine digitale Eingangsstufe als „LIN-Empfänger” emuliert wird. So lässt sich die Steuerung 3 kostengünstiger herstellen.
Die 12D) zeigt einen Schaltplan eines bevorzugten Systems 1 gemäß der 1, wobei das Daten-Kommunikationsmittel 9 als ein bidirektionaler 1-bit-Bus ausgebildet ist, und zwar als LIN-Bus. Bei einem alternativen bevorzugten System 1 ist das Daten-Kommunikationsmittel 9 als CAN-Bus oder eine bidirektionale 1-Bit-Schnittstelle gemäß ISO 9141, auch als K-Line bezeichnet, ausgebildet. Dementsprechend sind dann auch die jeweiligen Daten-Schnittstellen 8 passend ausgebildet. Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerische 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 102009028294 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 9141 [0098]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Systems (1), insbesondere einer Startvorrichtung (100) zum Starten einer Brennkraftmaschine (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei in dem System (1) über ein Echtzeit-Kommunikationsmittel (10) ein Echtzeit-Signal (S) zum Erreichen eines Ansteuerzustands (Z) einer Ansteuereinrichtung (4) von einer Steuerung (3) zu der Ansteuereinrichtung (4) mittels Echtzeit-Schnittstellen (6) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinrichtung (4) und die Steuerung (3) jeweils eine Daten-Schnittstelle (8) aufweisen, über die eine Daten-Information mit einem Daten-Kommunikationsmittel (9) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Echtzeit-Signal (S) eine Befehls-Information übertragen wird, die den Ansteuerzustand (Z) oder eine Änderung des Ansteuerzustands (Z) bestimmt, vorzugsweise wobei ein bestimmter Ansteuerzustand (Z), insbesondere für eine bestimmte Ansteuerdauer (T), ein- oder ausgeschaltet wird und/oder ein gemäß einer bestimmten Folge von Ansteuerzuständen (Z) nachfolgender Ansteuerzustand (Z) gestartet wird und/oder die bestimmten Folge selbst gestartet wird, insbesondere wobei die bestimmte Folge einen bestimmten Zeitablauf der Ansteuerzustände (Z) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich vor dem Echtzeit-Signal (S) von der Steuerung (3), insbesondere von einer Motorsteuerung, über das Daten-Kommunikationsmittel (9), das insbesondere als ein bidirektionaler 1-bit-Bus ausgebildet ist, eine Daten-Information zu der Ansteuereinrichtung (4) übertragen wird, die vorzugsweise einen Ansteuerzustand (Z), eine Änderung des Ansteuerzustands (Z), eine Ansteuerdauer (T), eine Folge von Ansteuerzuständen (Z) und/oder einen Zeitablauf für die Folge bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Echtzeit-Signal (S) eine Befehls-Information pulsweitencodiert übertragen wird, und zwar insbesondere mit genau einem Puls oder mit einer Mehrzahl von Pulsen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Echtzeit-Signal (S) eine Befehls-Information über einen Pulsabstand eines oder mehrerer Pulse codiert übertragen wird und insbesondere ein Zeit-Synchronisationsimpuls am Anfang eines besonders bevorzugt 1 ms-Rasters übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Echtzeit-Signal (S) eine Befehls-Information spannungscodiert, besonders bevorzugt mit einem Vorzeichen einer elektrischen Spannung (U) des Echtzeit-Signals (S) codiert übertragen wird, insbesondere zum Ein- oder Ausschalten eines Ansteuerzustand (Z).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Echtzeit-Signal (S) eine Befehls-Information Bit-codiert mittels der Echtzeit-Schnittstellen (6) und einer Mehrzahl von parallelen Kommunikationsleitungen (10a, 10b, 10c) des Echtzeit-Kommunikationsmittels (10) parallel übertragen wird und vorzugsweise die bestimmte Mehrzahl einer Anzahl von durch die Ansteuereinrichtung (4) unabhängig ansteuerbaren elektrischen Verbrauchern, insbesondere Schaltvorrichtungen (KA, KH, ES), entspricht.
Schnittstelleneinrichtung (5) für eine Steuerung (3) oder eine Ansteuereinrichtung (4), die insbesondere jeweils für eine Startvorrichtung (100) eines Kraftfahrzeugs zum Starten einer Brennkraftmaschine (2) ausgebildet sind, wobei die Schnittstelleneinrichtung (5) eine Echtzeit-Schnittstelle (6) aufweist, die zum Übertragen eines Echtzeit-Signals (S), insbesondere nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, von der Steuerung (3) zu der Ansteuereinrichtung (4) über ein Echtzeit-Kommunikationsmittel (10) zum Erreichen eines Ansteuerzustands (Z) der Ansteuereinrichtung (4) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelleneinrichtung (5) eine Daten-Schnittstelle (8) für ein Daten-Kommunikationsmittel (9) aufweist, mit dem die Steuerung (3) und die Ansteuereinrichtung (4) koppelbar sind.
Startvorrichtung (100) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem System (1), das eine Steuerung (3) und eine Ansteuereinrichtung (4) umfasst, die jeweils mittels Echtzeit-Schnittstellen (6) über ein Echtzeit-Kommunikationsmittel (10) zum Übertragen eines Echtzeit-Signals (S) gekoppelt sind, wobei das Echtzeit-Signal (S) zum Erreichen eines Ansteuerzustands (Z) der Ansteuereinrichtung (4) von der Steuerung (3) zu der Ansteuereinrichtung (4) übertragbar ist, und zwar insbesondere nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (3) und die Ansteuereinrichtung (4) jeweils eine Daten-Schnittstelle (8) aufweisen, über die sie mit einem Daten-Kommunikationsmittel (9) gekoppelt sind.
Computerprogrammprodukt, das in einen Programmspeicher (12) mit Programmbefehlen eines Mikrocomputers (11) ladbar ist, um alle Schritte eines Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen, insbesondere wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuerung (3) und/oder der Ansteuereinrichtung (4) ausgeführt wird.