DE102011078839A1

DE102011078839A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen eines Einspurvorgangs eines Einspurritzels eines Startermotors

Info

Publication number: DE102011078839A1
Application number: DE102011078839A
Authority: DE
Inventors: Simon Casey; Tony Rocco
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2013-01-10
Also published as: CN103649522A; US20140298896A1; EP2729693A2; CN103649522B; WO2013007472A2; WO2013007472A3; US9309855B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Einspurvorgangs eines Einspurritzels eines Startermotors für einen Fahrzeugantrieb, bei dem ein Anker des Startermotors durch einen Magneten bewegt wird, mit: Erfassen (103) eines Magnetspulensignals bei einem Bestromen einer Magnetspule des Magneten, um ein Signalprofil, insbesondere ein Stromprofil, zu erhalten; Erzeugen (105) eines Differenzprofils durch Differenzieren des Signalprofils; Bestimmen (107) von Nulldurchgängen im Differenzprofil; und Überwachen (109) des Einspurvorgangs auf der Basis der bestimmten Nulldurchgänge.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines Einspurvorgangs eines Einspurritzels eines Startermotors für einen Fahrzeugantrieb, bei dem ein Anker des Startermotors durch einen Magneten bewegt wird.
Stand der Technik
Es sind Startermotoren bekannt, bei denen beim Startvorgang ein Einspurritzel des Startermotors mit Hilfe eines Hubmagneten in einen Zahnkranz eines Fahrzeugantriebs, insbesondere eines Verbrennungsmotors, eingespurt wird. Beispielsweise schließt das Einspurritzel beim oder vor dem Erreichen einer eingespurten Endposition eine Kontaktbrücke im Hubmagneten, wodurch der elektrische Startermotor mit Strom versorgt wird.
Im Idealfall sind das Einspurritzel des Startermotors und ein entsprechender Zahnkranz im Fahrzeugantrieb derart relativ zueinander verdreht angeordnet, dass bei einem Aktivieren eines Hubmagneten das Einspurritzel unmittelbar in den Zahnkranz hineingleitet. Jedoch ist es auch möglich, dass ein Zahn des Ritzels beim Einspurvorgang zunächst ganz oder teilweise mit einem Zahn des Zahnkranzes überlappt und dadurch das direkte Einspuren verhindert wird. Insbesondere bei einem verschlissenen Ritzel oder einem verschlissenen Zahnkranz kann es in einer solchen Situation dazu kommen, dass der Startermotor zu rotieren beginnt und das Einspurritzel wegen der Zahnstellung nicht in den Zahnkranz einspurt. Vielmehr können die Zähne des Einspurritzels und die Zähne des Zahnkranzes übereinander hinweg gleiten, so dass der Fahrzeugantrieb von dem Startermotor nicht angetrieben wird.
Bei herkömmlichen Startermotoren wird beispielsweise über eine Funktion des Verbrennungsmotors überprüft, ob nach einer bestimmten Zeit ein Einspurvorgang abgeschlossen ist. Falls nach dieser bestimmten Zeit kein erfolgreicher Einspurvorgang detektiert werden kann, wird beispielsweise der Einspurvorgang abgebrochen und kann neu gestartet werden. Dies kann sich aber ungünstig auswirken auf den Betrieb von Startermotoren in Start-Stopp-Systemen, bei denen ein Neustart des Fahrzeugantriebs in möglichst geringer Zeit erfolgen soll.
Offenbarung der Erfindung
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann daher darin gesehen werden, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines Einspurvorgangs eines Einspurritzels eines Startermotors für einen Fahrzeugantrieb anzugeben, mit welchen sich vereinfacht ein Einspurvorgang überwachen lässt.
Die Aufgabe wird gelöst mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt wird ein Verfahren zum Überwachen eines Einspurvorgangs eines Einspurritzels eines Startermotors für einen Fahrzeugantrieb bereitgestellt, bei dem ein Anker des Startermotors durch einen Magneten bewegt wird. Hierbei wird ein Magnetspulensignal bei einem Bestromen einer Magnetspule des Magneten erfasst, um ein Signalprofil, insbesondere eines Stromprofil, zu erhalten. Der Magnet ist beispielsweise ein Elektromagnet. Durch Differenzieren des Signalprofils wird ein Differenzprofil erzeugt. Im Differenzprofil werden Nulldurchgänge bestimmt, und der Einspurvorgang wird auf der Basis der bestimmten Nulldurchgänge überwacht.
Beispielsweise wird eine Anzahl von Nulldurchgängen im Differenzprofil bestimmt sowie eine Richtung der ermittelten Nulldurchgänge, insbesondere ob die Nulldurchgänge positiv oder negativ verlaufen, also von einem negativen Wert zu einem positiven Wert oder umgekehrt verlaufen. Aus der Anzahl und der Verlaufsrichtung der Nulldurchgänge kann auf einen Verlauf des Signalprofils rückgeschlossen werden, aus welchem sich die Qualität des Einspurvorgangs bestimmen lässt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird bei dem Überwachen des Einspurvorgangs ermittelt, ob der Einspurvorgang erfolgreich durchgeführt ist bzw. wird. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die ermittelte Qualität bzw. die Überwachung des Einspurvorgangs beispielsweise auch wenigstens eines der folgenden: einen erfolgreich durchführbaren Einspurvorgang, einen verzögert ablaufenden Einspurvorgang, einen nicht erfolgreich durchgeführten Einspurvorgang, einen nicht erfolgreich durchführbaren Einspurvorgang, eine Zahn-auf-Zahn-Stellung des Einspurritzels bei dem Einspurvorgang. Somit kann mit geringem Aufwand eine Qualität des Einspurvorgangs beurteilt werden.
Beispielsweise erfolgt ein Erfassen des Signalprofils durch eine Messung eines Signalprofils, insbesondere eines Stromprofils, an einem Starterrelais des Startermotors. Die Messung des Signalprofils bzw. des Magnetspulensignals kann beispielsweise an einer Klemme des Starterrelais erfolgen, über die der Magnet, beispielsweise ein Hubmagnet, zur Anziehung des Ankers mit Strom versorgt wird, wobei hierfür vorzugsweise ein Shunt als Messwiderstand eingesetzt wird. Beispielsweise ist eine solche Klemme eine sogenannte Klemme 50 einer Fahrzeugelektrik.
Das Differenzieren des Signalprofils erfolgt beispielsweise nach einer Analog-Digitalwandlung des Signalprofils. Das Signalprofil kann in verschiedenen Ausführungsformen vor dem Differenzieren gefiltert werden, beispielsweise im analogen Bereich, im digitalen Bereich oder im analogen und im digitalen Bereich. Als Filter kann beispielsweise ein rekursives Filter, insbesondere ein Filter mit unendlicher Impulsantwort, ein so genanntes IIR-Filter, eingesetzt werden.
Weiterhin ist es möglich, dass das Signalprofil vor dem Differenzieren skaliert wird, um beispielsweise einheitliche Größenverhältnisse bei der Auswertung des Differenzprofils zu bekommen. Die Skalierung erfolgt beispielsweise auf der Basis eines Werts einer Fahrzeugversorgungsspannung, die beispielsweise von einer Fahrzeugbatterie bereitgestellt wird. Eine solche Spannung wird beispielsweise von einer sogenannten Klemme 15 einer Fahrzeugelektrik bereitgestellt.
Weiterhin ist es in verschiedenen Ausführungsformen möglich, dass das Differenzprofil vor dem Bestimmen der Nulldurchgänge gefiltert wird, um die Bestimmung der Nulldurchgänge zu vereinfachen. Die Filterung des Differenzprofils kann alternativ oder zusätzlich zu einer Filterung des Signalprofils erfolgen. Insbesondere sind solche Filter als Tiefpassfilter ausgebildet, um überlagertes Rauschen oder Störungen herausfiltern zu können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird beim Bestimmen der Nulldurchgänge und dem Überwachen des Einspurvorgangs beispielsweise gemäß der folgenden Beschreibung vorgegangen. Im Differenzprofil wird ein erster Nulldurchgang detektiert, der von einem positiven Wert zu einem negativen Wert verläuft. Ein solcher erster Nulldurchgang ergibt sich beispielsweise bei einem ersten lokalen Maximum im Signalprofil. Ferner wird ein zweiter Nulldurchgang im Differenzprofil detektiert, der von einem negativen Wert zu einem positiven Wert verläuft. Insbesondere wird der zweite Nulldurchgang zeitlich nach dem ersten Nulldurchgang detektiert. Der zweite Nulldurchgang ergibt sich beispielsweise aus einem ersten lokalen Minimum im Signalprofil. Weiterhin wird detektiert, ob nach dem zweiten Nulldurchgang ein dritter Nulldurchgang im Differenzprofil vorhanden ist, der von einem negativen Wert zu einem positiven Wert verläuft. Ein solcher dritter Nulldurchgang resultiert beispielsweise aus einem zweiten lokalen Minimum im Signalprofil. Da angenommen wird, dass das Signalprofil am Ende des Einspurvorgangs auf einen Grundwert, beispielsweise Null, zurückfällt, folgt aus dem zweiten lokalen Minimum ein anschließendes, weiteres, insbesondere drittes, lokales Maximum, welches auf einen nicht erfolgreich durchgeführten oder durchführbaren Einspurvorgang hinweist. Dementsprechend wird bei dem Überwachen des Einspurvorgangs der Einspurvorgang als erfolgreich durchführbar klassifiziert, wenn kein dritter Nulldurchgang detektiert wird, und als nicht erfolgreich durchführbar klassifiziert, wenn ein dritter Nulldurchgang detektiert wird.
Beispielsweise ist die Detektion eines dritten Nulldurchgangs im Differenzprofil zeitabhängig. Dementsprechend wird in einer Ausführungsform der Einspurvorgang als erfolgreich durchführbar klassifiziert, wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeit nach dem zweiten Nulldurchgang kein dritter Nulldurchgang detektiert wird. Die vorbestimmte Zeit wird beispielsweise auf der Basis einer zeitlichen Differenz zwischen dem ersten Nulldurchgang und dem zweiten Nulldurchgang ermittelt. Die vorbestimmte Zeit ist z.B. proportional zu einer solchen zeitlichen Differenz.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren, insbesondere mit der Detektion des ersten und zweiten Nulldurchgangs, in einer Zustandsmaschine oder einem Zustandsautomaten durchgeführt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Ergebnis der ermittelten Qualität bzw. der Überwachung des Einspurvorgangs für weitere, folgende Aktionen ausgewertet werden. Beispielsweise wird wenigstens eines der folgenden ausgeführt, wenn der Einspurvorgang nicht als erfolgreich durchführbar klassifiziert wird: Das Signalprofil wird gespeichert, beispielsweise, um es später mit weiteren gespeicherten Signalprofilen gemeinsam auszuwerten; ein Fehlerzähler wird erhöht, um beispielsweise bei einem Service oder einer Inspektion des Startermotors als Hinweis auf einen Verschleiß des Startermotors ausgewertet zu werden; der Einspurvorgang wird abgebrochen und/oder neu gestartet, um eine mögliche mechanische Abnutzung bei einem fehlerhaften Einspurvorgang zu verhindern bzw. zu verringern; eine Warnmeldung wird ausgegeben, beispielsweise an eine Steuerelektronik oder über die Steuerelektronik an einen Nutzer.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zum Überwachen eines Einspurvorgangs eines Einspurritzels eines Startermotors für einen Fahrzeugantrieb bereitgestellt, bei dem ein Anker des Startermotors durch einen Magneten bewegt wird. Die Vorrichtung umfasst einen Sensor, der eingerichtet ist, ein Magnetspulensignal bei einem Bestromen einer Magnetspule des Magneten zu erfassen, um ein Signalprofil, insbesondere ein Stromprofil, zu erhalten, und einen Prozessor, der eingerichtet ist, ein Differenzprofil durch Differenzieren des Signalprofils zu erzeugen, Nulldurchgänge im Differenzprofil zu bestimmen, und den Einspurvorgang auf der Basis der bestimmten Nulldurchgänge zu überwachen.
Eine derartige Vorrichtung lässt sich beispielsweise vorteilhaft bei Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren, einsetzen. Durch die Überwachung des Einspurvorgangs auf Basis der bestimmten Nulldurchgänge kann diese Ermittlung zuverlässig und mit geringer zeitlicher Verzögerung, insbesondere bereits während des Einspurvorgangs, erfolgen. Damit lässt sich eine derartige Vorrichtung vorteilhaft bei Verbrennungsmotoren mit Start-Stopp-Funktion einsetzen, bei denen ein schneller und fehlerfreier Startvorgang von Bedeutung ist, insbesondere im Vergleich mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren ohne Start-Stopp-Funktion.
Die Vorrichtung kann jedoch auch mit anderen Verbrennungsmotoren, insbesondere langsam auslaufenden Motoren, oder Motoren mit Automatikgetrieben verwendet werden, unabhängig davon, ob eine Start-Stopp-Funktion für solche Motoren implementiert ist.
Verschiedene Ausgestaltungsformen der Vorrichtung, insbesondere des Sensors und des Prozessors, ergeben sich aus den zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens, welche sich mit dem Sensor und dem Prozessor realisieren lassen.
Insbesondere weist der Prozessor beispielsweise eine Zustandsmaschine auf, die eingerichtet ist, die Nulldurchgänge im Differenzprofil zu bestimmen und den Einspurvorgang zu überwachen. Insbesondere kann in einer solchen Zustandsmaschine eine Ausführungsform implementiert sein, bei der analog zum oben beschriebenen Verfahren ein erster und ein zweiter Nulldurchgang detektiert werden, und detektiert wird, ob ein dritter Nulldurchgang im Differenzprofil vorhanden ist.
Gemäß einem alternativen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen eines Einspurvorgangs eines Einspurritzels eines Startermotors für einen Fahrzeugantrieb, bei dem ein Anker des Startermotors durch einen Magneten bewegt wird, bei dem Erzeugen eines Differenzprofils durch Differenzieren des Signalprofils durch das Beobachten des Signalprofils ersetzt ist, um ein Beobachtungsprofil zu erhalten, bei dem das Bestimmen von Nulldurchgängen im Differenzprofil durch das Bestimmen von Nulldurchgängen im Beobachtungsprofil ersetzt ist, und bei dem das Überwachen des Einspurvorgangs auf der Basis der bestimmten Nulldurchgänge durch das Überwachen des Einspurvorgangs auf der Basis der bestimmten Nulldurchgänge im Beobachtungsprofil ersetzt ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Beobachtungsprofil wird in vorteilhafter Weise durch eine Kalman-Filterung des Signalprofils oder durch eine Verwendung eines Echtzeitmodels der mechanischen Kinematik und/oder elektrischer Parameter des Ankers und/oder des Startermotors erhalten.
Gemäß einem alternativen Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Überwachen eines Einspurvorgangs eines Einspurritzels eines Startermotors für einen Fahrzeugantrieb, bei dem ein Anker des Startermotors durch einen Magneten bewegt wird, die Vorrichtung umfassend einen Sensor, der eingerichtet ist, ein Magnetspulensignal bei einem Bestromen einer Magnetspule des Magneten zu erfassen, um ein Signalprofil, insbesondere ein Stromprofil, zu erhalten, und einen Prozessor, der eingerichtet ist, ein Beobachtungsprofil durch Beobachten des Signalprofils zu erzeugen, Nulldurchgänge im Beobachtungsprofil zu bestimmen, und den Einspurvorgang auf der Basis der bestimmten Nulldurchgänge zu überwachen.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Beobachtungsprofil wird in vorteilhafter Weise durch eine Kalman-Filterung des Signalprofils oder durch eine Verwendung eines Echtzeitmodels der mechanischen Kinematik und/oder elektrischer Parameter des Ankers und/oder des Startermotors erhalten.
Die vor- und nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele gelten sinngemäß mit den genannten Ersetzungen auch für die alternativen Aspekte der Erfindung.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen
1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Überwachen eines Einspurvorgangs eines Einspurritzels,
2 eine schematische Darstellung eines ersten beispielhaften Einspurvorgangs,
3 eine schematische Darstellung eines zweiten beispielhaften Einspurvorgangs,
4 ein erstes beispielhaftes Signalprofil mit Differenzprofil,
5 ein zweites beispielhaftes Signalprofil mit Differenzprofil,
6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Überwachen eines Einspurvorgangs eines Einspurritzels, und
7 eine beispielhafte Zustandsmaschine.
1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Überwachen eines Einspurvorgangs eines Einspurritzels. In einem Schritt 101 wird der Einspurvorgang gestartet, beispielsweise indem ein Anker des Startermotors über einen Hubmagneten in Bewegung gebracht wird. Dazu wird beispielsweise eine Magnetspule des Hubmagneten mit Strom versorgt. In einem folgenden Schritt 103 wird ein Magnetspulensignal bei einem Bestromen der Magnetspule des Magneten erfasst, um ein Signalprofil, insbesondere ein Stromprofil, zu erhalten. In einem Schritt 105 wird ein Differenzprofil durch Differenzieren des Signalprofils erzeugt. Das Signalprofil kann vor dem Differenzieren gefiltert werden oder das Differenzprofil kann gefiltert werden, oder eine Filterung wird vor und nach dem Differenzieren durchgeführt. Weiterhin kann das Signalprofil kann vor dem Differenzieren skaliert werden. Die Skalierung erfolgt beispielsweise auf der Basis eines Werts einer Fahrzeugversorgungsspannung, die beispielsweise von einer Fahrzeugbatterie bereitgestellt wird. Eine solche Spannung wird beispielsweise von einer sogenannten Klemme 15 einer Fahrzeugelektrik bereitgestellt. In einem Schritt 107 werden Nulldurchgänge im Differenzprofil bestimmt und in einem Schritt 109 auf der Basis der bestimmten Nulldurchgänge der Einspurvorgang überwacht bzw. eine Qualität des Einspurvorgangs ermittelt.
Die Qualität des Einspurvorgangs besteht beispielsweise darin, wie der Einspurvorgang abläuft. Beispielsweise kann der Einspurvorgang ordentlich bzw. zügig durchgeführt werden, so dass ein erfolgreich durchgeführter bzw. durchführbarer Einspurvorgang vorliegt. Falls der Einspurvorgang aber von einem derartigen, idealen Verlauf abweicht, kann als Eigenschaft auch ein fehlerbehafteter Einspurvorgang ermittelt werden, wobei verschiedene Abstufungen für einen solchen fehlerhaften Einspurvorgang möglich sind.
2 zeigt beispielsweise einen schematisch dargestellten Ablauf eines erfolgreichen Einspurvorgangs. Dabei sind beispielhaft ein Zahn 210 des Einspurritzels eines Startermotors und Zähne 220 eines Zahnkranzes eines zu startenden Fahrzeugantriebs, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, dargestellt. In der Darstellung der 2a wird beispielsweise mit Hilfe des Hubmagneten eine Kraft in Richtung des Pfeils auf den Zahn 210 ausgeübt, um diesen in die Zähne 220 des Zahnkranzes einzuspuren. Der Zahn 210 ist dabei derart relativ zu den Zähnen 220 des Zahnkranzes positioniert, dass ein Einspuren unmittelbar und ohne Behinderungen erfolgen kann. Dementsprechend ist in 2b der Zahn 210 des Einspurritzels im eingespurten Zustand im Zahnkranz dargestellt.
In 3 ist beispielhaft ein fehlerbehafteter Einspurvorgang eines Zahnes 310 eines Einspurritzels in Zähne 320 eines Zahnkranzes dargestellt. In einer in 3a gezeigten Ausgangsstellung, bei der der Zahn 310 in Bewegung gesetzt wird, ist dieser relativ zum Zahnkranz so positioniert, dass sich der Zahn 310 mit einem der Zähne 320 gegenüberliegt. Dies resultiert beispielsweise in einer Anordnung, wie sie in 3b dargestellt ist, bei der der Zahn 310 an einen der Zähne 320 anstößt. In diesem Fall kann auch von einer Zahn-auf-Zahn-Stellung des Einspurritzels gesprochen werden. Man kann hierbei erkennen, dass es nicht zu einem unmittelbaren Einspuren des Einspurritzels kommt. Vielmehr wird der Einspurvorgang zumindest verzögert ablaufen, insbesondere im Vergleich mit einem ideal ablaufenden Einspurvorgang. Zudem ist es in dieser Konstellation möglich, dass der Einspurvorgang nicht erfolgreich durchgeführt werden kann.
In verschiedenen Ausgestaltungen kann es bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung erforderlich sein, dass von den Zähnen des Ritzels eine Einspurfeder überdruckt wird, was zu einem langsameren Einfahren des Ankers des Startermotors führt. Ein solches langsames Einfahren kann zum einen ein späteres Einspuren des Einspurritzels in den Zahnkranz zur Folge haben oder aber das sogenannte Ratschen indizieren, also ein kontinuierliches Springen des Ritzels auf den Zahnkranz, welches den Startvorgang verhindern kann.
4 zeigt ein erstes beispielhaftes Signalprofil 410 mit daraus abgeleitetem Differenzprofil 420. Dabei ist zu erkennen, dass das Signalprofil 410 zwei lokale Maxima aufweist. Ein solches Signalprofil kann daher erfahrungsgemäß einem erfolgreich durchgeführten Einspurvorgang zugeordnet werden. Zum Zeitpunkt t0, an dem das Signalprofil 410 sein erstes lokales Maximum aufweist, zeigt das Differenzprofil 420 dementsprechend einen negativ verlaufenden Nulldurchgang, der als ein erster Nulldurchgang detektierbar ist. Zum Zeitpunkt t1 ist im Differenzprofil 420 ein positiv verlaufender Nulldurchgang zu detektieren, der aus einem ersten lokalen Minimum im Signalprofil 410 resultiert. Ein weiterer Nulldurchgang zum Zeitpunkt t2, der negativ verläuft, resultiert aus dem zweiten lokalen Maximum im Signalprofil 410. Nach dem Zeitpunkt t2 fällt das Signalprofil 410 kontinuierlich ab, so dass das Differenzprofil 420 negativ bleibt. Bei einem beispielhaft gewählten Zeitpunkt tx, bis zu dem sich die Signalverläufe des Signalprofils 410 und des Differenzprofils 420 im Wesentlichen kontinuierlich weiter verlaufen sind, kann angenommen bzw. klassifiziert werden, dass der Einspurvorgang erfolgreich abgelaufen ist. Eine Wahl des Zeitpunkts tx, insbesondere eines zeitlichen Abstands des Zeitpunkts tx zum Zeitpunkt t2, ergibt sich beispielsweise auf der Basis einer zeitlichen Differenz zwischen den Zeitpunkten t2 und t0.
5 zeigt ein zweites beispielhaftes Signalprofil 510 mit einem daraus abgeleiteten Differenzprofil 520. Das Signalprofil 510 weist drei lokale Maxima auf, so dass die dargestellten Profile erfahrungsgemäß einem nicht erfolgreich durchgeführten Einspurvorgang zugeordnet werden können. Bis zum Zeitpunkt t2 verlaufen das Signalprofil 510 und das Differenzprofil 520 ähnlich wie das Signalprofil 410 und das Differenzprofil 420 aus 4. Auf eine entsprechende Beschreibung wird daher verzichtet um Wiederholungen zu vermeiden. Also liegt zum Zeitpunkt t2 ein zweites lokales Maximum im Signalprofil 510 mit einem zugehörigen negativ verlaufenden Nulldurchgang im Differenzprofil 520 vor. In Abweichung zu den Signalverläufen des erfolgreich durchgeführten Einspurvorgangs weist das Differenzprofil 520 zum Zeitpunkt t3 einen weiteren positiv verlaufenden Nulldurchgang auf, der sich als dritter Nulldurchgang detektieren lässt. Zum Zeitpunkt t3 weist das Signalprofil 510 dementsprechend ein weiteres lokales Minimum auf, dem zum Zeitpunkt t4 das dritte lokale Maximum folgt. Ein solches drittes lokales Maximum weist auf einen nicht erfolgreich durchgeführten oder durchführbaren Einspurvorgang hin.
Aus Übersichtsgründen ist auch in dem Diagramm in 5 der Zeitpunkt tx dargestellt, vor dem der zweite positiv verlaufende Nulldurchgang detektiert werden soll, um einen nicht erfolgreich durchgeführten oder durchführbaren Einspurvorgang feststellen zu können.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Startersystems mit einer Startersteuerung 601, einem Starterrelais 603 und einem Startermotor 605. Das System umfasst ferner eine Überwachungsvorrichtung 607 mit einem Sensor 609 und einem Prozessor 611, wobei der Sensor 609 mit einem Messwiderstand oder Shunt 613 gekoppelt ist.
Die Startersteuerung 601 ist mit dem Starterrelais 603 gekoppelt, um über das Starterrelais 603 einen Startvorgang des Startermotors 605 auszulösen. Die Startersteuerung 601 kann mit der Überwachungsvorrichtung 607 gekoppelt sein, um eine Information über einen zu startenden Startvorgang an die Vorrichtung 607 zu liefern. Der Sensor 609 erfasst über den Messwiderstand 613 ein Magnetspulensignal, insbesondere einen Strom, am Starterrelais 603. Dieses Magnetspulensignal wird in dem Prozessor 611 als Signalprofil weiter verarbeitet, insbesondere gefiltert und differenziert, um ein Differenzprofil zu erzeugen, wie es beispielsweise in 4 und in 5 dargestellt ist. Weiterhin werden in dem Prozessor 611 die Nulldurchgänge im Signalprofil detektiert, um auf Basis der ermittelten Nulldurchgänge den Einspurvorgang zu überwachen. Hierbei wird insbesondere das in Verbindung mit den vorherigen Figuren beschriebene Verfahren verwendet, was an dieser Stelle nicht weiter erläutert wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
Ein System, wie es in 6 dargestellt ist, lässt sich insbesondere in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor vorteilhaft einsetzen. Insbesondere eignet sich ein solches System für Motoren mit einer Start-Stopp-Funktion, bei denen der Verbrennungsmotor während einer Standphase des Fahrzeugs, beispielsweise während eines Ampelstopps, gestoppt wird und bei einem Weiterfahrwunsch eines Fahrers über den Startermotor erneut gestartet wird.
7 zeigt eine beispielhafte Zustandsmaschine, die beispielsweise in dem Prozessor 611 realisiert ist bzw. von diesem umfasst ist. Durch die Zustandsmaschine kann in dem Prozessor 611 die Qualität des Einspurvorgangs bestimmt werden bzw. der Einspurvorgang überwacht werden. Der Zustand 710 entspricht einem Grundzustand des Systems, beispielsweise vor dem Beginn eines Einspurvorgangs, oder nachdem ein Einspurvorgang abgeschlossen ist. Vom Grundzustand 710 wird zu einem ersten Zustand 720 gewechselt, bei dem überprüft wird, ob ein Einspurvorgang begonnen hat, beispielsweise durch Auswertung des Signalprofils oder des Differenzprofils. Beispielsweise wird im Zustand 720 analysiert, ob das Differenzprofil einen bestimmten Grenzwert überschreitet, so dass ein ansteigender Verlauf im Signalprofil vorliegt. Wenn ein solches Ansteigen detektiert wird, wird vom Zustand 720 zum Zustand 730 gewechselt, ansonsten erfolgt ein Wechsel zurück zum Grundzustand 710. Im Zustand 730 wird ein erster Nulldurchgang im Differenzprofil detektiert, der von einem positiven Wert zu einem negativen Wert verläuft, entsprechend dem ersten lokalen Maximum im Signalprofil. Dies entspricht beispielsweise dem Zeitpunkt t0 in 4 bzw. 5.
Wenn der erste Nulldurchgang detektiert wird, erfolgt ein Sprung zum nächsten Zustand 740, ansonsten ein Sprung zurück zum Grundzustand 710, wobei der Rücksprung zeitabhängig durchgeführt werden kann. Im Zustand 740 wird zunächst versucht, einen zweiten zu Nulldurchgang detektieren, der zeitlich nach dem ersten Nulldurchgang liegt, und von einem negativen Wert zu einem positiven Wert verläuft, entsprechend dem Zeitpunkt t1 in 4 bzw. 5. Wenn der zweite Nulldurchgang detektiert ist, wird ein Zähler gestartet und nach einem dritten Nulldurchgang im Differenzprofil gesucht, der von einem negativen Wert zu einem positiven Wert verläuft. Wenn kein solcher zweiter Nulldurchgang detektiert werden kann, wird zum Grundzustand 710 zurückgesprungen.
Die Suche bzw. Detektion des dritten Nulldurchgangs erfolgt für eine vorbestimmte Zeit, die sich beispielsweise aus dem zeitlichen Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Nulldurchgang bestimmt. Wenn innerhalb der vorbestimmten Zeit kein dritter Nulldurchgang detektiert werden kann, wird zum Zustand 750 gesprungen, in dem ein erfolgreich durchführbarer Einspurvorgang klassifiziert wird. Ferner wird im Zustand 750 ein entsprechendes Signal an die Überwachungsvorrichtung 607 bzw. die Startersteuerung 601 gegeben wird. Anschließend wird zum Grundzustand 710 zurückgesprungen.
Wenn innerhalb der vorbestimmten Zeit ein dritter Nulldurchgang detektiert wird, der von einem negativen zu einem positiven Wert verläuft, wird zum Zustand 760 gewechselt. In dem Zustand 760 wird ein nicht erfolgreich durchführbarer Einspurvorgang klassifiziert, beispielsweise aufgrund einer Zahn-auf-Zahn-Stellung des Einspurritzels. Eine Information über diesen Zustand bzw. den nicht erfolgreich durchführbaren Einspurvorgang wird weiter signalisiert, beispielsweise an die Überwachungsvorrichtung 607 bzw. die Startersteuerung 601. Anschließend wird wiederum zum Grundzustand 710 gewechselt.
Zusammenfassend stellt die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit, welche es insbesondere ermöglichen, dass ein Einspurvorgang eines Einspurritzels eines Startermotors derart überwacht wird, dass zuverlässig und in kurzer Zeit eine Qualität des Einspurvorgangs festgestellt werden kann, insbesondere ob der Einspurvorgang fehlerfrei oder fehlerbehaftet durchgeführt wird.

Claims

Verfahren zum Überwachen eines Einspurvorgangs eines Einspurritzels eines Startermotors für einen Fahrzeugantrieb, bei dem ein Anker des Startermotors durch einen Magneten bewegt wird, mit: Erfassen (103) eines Magnetspulensignals bei einem Bestromen einer Magnetspule des Magneten, um ein Signalprofil, insbesondere ein Stromprofil, zu erhalten; Erzeugen (105) eines Differenzprofils durch Differenzieren des Signalprofils; Bestimmen (107) von Nulldurchgängen im Differenzprofil; und Überwachen (109) des Einspurvorgangs auf der Basis der bestimmten Nulldurchgänge.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei bei dem Überwachen (109) ermittelt wird, ob der Einspurvorgang erfolgreich durchführbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem vor dem Erzeugen (105) des Differenzprofils das Signalprofil gefiltert wird, insbesondere mit einem rekursiven Filter gefiltert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem vor dem Erzeugen (105) des Differenzprofils das Signalprofil skaliert wird, insbesondere auf der Basis eines Werts einer Fahrzeugversorgungsspannung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen (107) der Nulldurchgänge folgende Schritte umfasst: Detektieren eines ersten Nulldurchgangs im Differenzprofil, der von einem positiven Wert zu einem negativen Wert verläuft; Detektieren, insbesondere nach dem ersten Nulldurchgang, eines zweiten Nulldurchgangs im Differenzprofil, der von einem negativen Wert zu einem positiven Wert verläuft; und Detektieren, ob nach dem zweiten Nulldurchgang ein dritter Nulldurchgang im Differenzprofil vorhanden ist, der von einem negativen Wert zu einem positiven Wert verläuft; wobei bei dem Überwachen (109) der Einspurvorgang als erfolgreich durchführbar klassifiziert wird, wenn kein dritter Nulldurchgang detektiert wird, und als nicht erfolgreich durchführbar klassifiziert wird, wenn ein dritter Nulldurchgang detektiert wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Einspurvorgang als erfolgreich durchführbar klassifiziert wird, wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeit nach dem zweiten Nulldurchgang kein dritter Nulldurchgang detektiert wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die vorbestimmte Zeit auf der Basis einer zeitlichen Differenz zwischen dem ersten Nulldurchgang und dem zweiten Nulldurchgang ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Differenzprofil vor dem Bestimmen (107) der Nulldurchgänge gefiltert wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Erzeugen (105) eines Differenzprofils durch Differenzieren des Signalprofils durch das Beobachten des Signalprofils ersetzt ist, um ein Beobachtungsprofil zu erhalten, bei dem das Bestimmen (107) von Nulldurchgängen im Differenzprofil durch das Bestimmen von Nulldurchgängen im Beobachtungsprofil ersetzt ist, und bei dem das Überwachen (107) des Einspurvorgangs auf der Basis der bestimmten Nulldurchgänge durch das Überwachen des Einspurvorgangs auf der Basis der bestimmten Nulldurchgänge im Beobachtungsprofil ersetzt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem das Beobachtungsprofil durch eine Kalman Filterung des Signalprofils oder durch eine Verwendung eines Echtzeitmodels der chanischen Kinematik und/oder elektrischer Parameter erhalten wird.
Vorrichtung (607) zum Überwachen eines Einspurvorgangs eines Einspurritzels eines Startermotors für einen Fahrzeugantrieb, bei dem ein Anker des Startermotors durch einen Magneten bewegt wird, die Vorrichtung umfassend einen Sensor (609), der eingerichtet ist, ein Magnetspulensignal bei einem Bestromen einer Magnetspule des Magneten zu erfassen, um ein Signalprofil, insbesondere ein Stromprofil, zu erhalten, und einen Prozessor (611), der eingerichtet ist, ein Differenzprofil durch Differenzieren des Signalprofils zu erzeugen; Nulldurchgänge im Differenzprofil zu bestimmen; und den Einspurvorgang auf der Basis der bestimmten Nulldurchgänge zu überwachen.
Vorrichtung (607) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Prozessor (611) eine Zustandsmaschine aufweist, die eingerichtet ist, die Nulldurchgänge im Differenzprofil zu bestimmen und den Einspurvorgang zu überwachen.
Vorrichtung (607) zum Überwachen eines Einspurvorgangs eines Einspurritzels eines Startermotors für einen Fahrzeugantrieb, bei dem ein Anker des Startermotors durch einen Magneten bewegt wird, die Vorrichtung umfassend einen Sensor (609), der eingerichtet ist, ein Magnetspulensignal bei einem Bestromen einer Magnetspule des Magneten zu erfassen, um ein Signalprofil, insbesondere ein Stromprofil, zu erhalten, und einen Prozessor (611), der eingerichtet ist, ein Beobachtungsprofil durch Beobachten des Signalprofils zu erzeugen; Nulldurchgänge im Beobachtungsprofil zu bestimmen; und den Einspurvorgang auf der Basis der bestimmten Nulldurchgänge zu überwachen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der das Beobachtungsprofil durch eine Kalman-Filterung des Signalprofils oder durch eine Verwendung eines Echtzeitmodels der mechanischen Kinematik und/oder elektrischer Parameter erhalten wird.