DE102011084851B4 - Systeme für eine verbesserte Regelung der Motordrehzahl während des Anlassens des Motors - Google Patents

Systeme für eine verbesserte Regelung der Motordrehzahl während des Anlassens des Motors Download PDF

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Abstract

Ein System, um die Motordrehzahl während eines Motorstarts zu steuern, umfassend: einen Motor;eine erste Batterie in elektrischer Kommunikation mit einem Motoranlasser während eines Motorstarts;eine mit dem Motor mechanisch gekoppelte Lichtmaschine, wobei die Lichtmaschine eine Feldspulenerregungsschaltung aufweist, die elektrisch von der ersten Batterie während eines Motorstarts gepuffert wird, und wobei dieFeldspulenerregungsschaltung in elektrischer Kommunikation mit einer anderen Stromquelle als der ersten Batterie während des Motorstarts ist; undein Controller, um die Stärke eines Magnetfeldes zu variieren, das durch eine Feldspule durch Anpassung eines Eingangs der Feldspulenerregungsschaltung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller konfiguriert ist, um Eingaben vom Motor zu empfangen und dementsprechend eine mechanische Belastung anzupassen, die am Motor durch die Lichtmaschine angelegt wird, indem die Spannung oder der Strom, der der Lichtmaschinen-Feldspule zugeführt wird, angepasst wird.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Anwendung bezieht sich auf Systeme zur Steuerung eines Motorneustarts.
  • Hintergrund und Zusammenfassung
  • Es sind Fahrzeuge entwickelt worden, um einen Motorstopp auszuführen, wenn spezielle Leerlauf-Stoppbedingungen erfüllt sind und dann den Motor automatisch neu zu starten, wenn die Wiederanlaufbedingungen erfüllt sind. Solche Leerlaufstopp-Systeme ermöglichen Kraftstoffeinsparungen, reduzierten Schadstoffausstoß, reduzierte Fahrzeuggeräusche und Ähnliches. Bei einigen Leerlaufstopp-Systemen wird die Motordrehzahl während des Motorneustarts durch das Belasten des Motors mit einer mit dem Motor mechanisch gekoppelten Lichtmaschine begrenzt. Während des Motorneustarts ist jedoch eine beträchtliche Stromstärke durch einen Anlasser von einer Batterie erforderlich, um den Motor zu starten. Wenn folglich eine höhere Stromstärke von der Batterie gezogen wird, die Batteriespannung gesenkt werden und die mechanische Belastung, die von der Lichtmaschine an den Motor bereitgestellt wird, kann sich in einer unerwarteten und/oder unvoraussagbaren Weise ändern.
  • In der Offenlegungsschrift DE 44 40 830 A1 wird ein Verfahren zur elektronischen Regelung des Erregerstroms durch die Erregerwicklung einer Kraftfahrzeuglichtmaschine beschrieben. Die Zufuhr des Erregerstroms wird über einen Regler reduziert, wenn ein der Drehzahl der Brennkraftmaschine proportionaler Signalwert einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet. Der Erregerstrom kann in einer vorgegebenen Verzögerungszeit reduziert werden, um während des Anlassens eine weitere Belastung des Motors durch die Lichtmaschine bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer ausreichenden Versorgung der Verbraucher zu verhindern.
  • Aus der Patentschrift DE 43 25 505 C2 ist eine elektronische Steuereinheit zum Steuern des Erregerstroms zu einer Erregerwicklung bekannt. Die Steuergeräte, einer vorgegebenen Routine zur Steuerung der Energieerzeugung der Lichtmaschine und der Stabilisierung der Leerlaufdrehzahl folgend, erfassen eine Veränderung des Laststroms, vergleichen diesen mit einem Schwellwert und passen den Erregerstrom entsprechend an.
  • Aus der Patentschrift DE 41 08 751 C2 ist ein Steuerungssystem für eine Lichtmaschine bekannt, das Drehzahlschwankungen bei Änderung des Lastzustandes reduziert. Der Eingangsfeldstrom der Lichtmaschine wird durch eine Feldstromsteuereinheit gemäß eines von der Motorkontrolleinheit vorgegebenen, dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine entsprechenden Musters über einen Leistungstransistor gesteuert.
  • Systeme, die versuchen, die Motordrehzahl zu begrenzen, indem sie einfach eine im Wesentlichen konstante Batteriespannung an der Lichtmaschinen-Feldspule während eines Motorstarts anlegen, wenn die Spannung der Batterie vom Anlasser verwendet wird, um den Motor anzulassen, haben begrenzte Fähigkeiten, die Motordrehzahl während des Motorstarts zu steuern. Insbesondere wenn eine im Wesentlichen konstante Spannung an einer Lichtmaschinen-Feldspule angelegt wird, kann der Stromfluss in der Lichtmaschinen-Feldspule mit der Spulenimpedanz und der Geschwindigkeit des Lichtmaschinen-Rotors verbunden sein, anstatt auf einen speziellen Wert geregelt zu werden. Und da die Belastung, die durch die Lichtmaschine dem Motor bereitgestellt wird, mit der magnetischen Feldstärke der Lichtmaschine verbunden ist, mag das Anlegen einer im Wesentlichen konstanten Batteriespannung an einer Lichtmaschinen-Feldspule kein gewünschtes Niveau der Lichtmaschinen-Lastregelung ergeben.
  • Angesichts der dargestellten Problematik schlägt die vorliegende Erfindung ein System gemäß Anspruch 1 vor, um die Motordrehzahl während eines Motorstarts zu steuern. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Das System umfasst: einen Motor; eine erste Batterie in elektrischer Kommunikation mit einem Motoranlasser während eines Motorstarts; eine Lichtmaschine, die mechanisch mit dem Motor gekoppelt ist, wobei die Lichtmaschine eine Feldspule aufweist, die elektrisch von der Batterie während eines Motorstarts gepuffert wird, und wobei die Feldspule während des Motorstarts in elektrischer Kommunikation mit einer anderen Stromquelle als der Batterie ist; und eine Schaltung, um eine Stärke eines Magnetfeldes zu variieren, das von der Feldspule durch die Anpassung des Feldspulenstroms erzeugt wird.
  • Durch die Anpassung des Lichtmaschinen-Feldstroms, der durch eine Stromquelle zugeführt wird, die elektrisch von der Batterie gepuffert und verwendet wird, um Energie zuzuführen und den Motor während des Motorstarts anzulassen, kann es möglich sein, dem Motor unterschiedliche Belastungen während unterschiedlicher Zustände des Motorstarts bereitzustellen, sodass der Motorstart verbessert werden kann. Beispielsweise kann der Lichtmaschinen-Feldstrom bei niedrigeren Motortemperaturen reduziert sein, sodass die höhere Reibungsleistung bei niedrigeren Motortemperaturen kompensiert werden kann. Weiter kann der Lichtmaschinen-Feldstrom reduziert sein, wenn der Motor in größeren Höhen gestartet wird, wo das Motorstartdrehmoment reduziert sein kann, da weniger Luft verfügbar sein kann, um den Motor zu starten. Und da der Lichtmaschinen-Feldstrom von einer Stromquelle zugeführt wird, die elektrisch von der Batterie, die verwendet wird, um den Motor anzulassen, gepuffert wird, kann die Lichtmaschinen-Feldstromsteuerung vereinfacht werden und robuster sein.
  • Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bereitstellen. Beispielsweise kann die Herangehensweise eine flexible Lichtmaschinen-Feldspulenstromregelung während einer Vielzahl von Motorbetriebszuständen anbieten, sodass die Motorstartgeschwindigkeit konsistenter sein kann. Weiter kann die Herangehensweise die Lichtmaschinen-Feldspulenstromregelung vereinfachen, da der Feldstrom von der Batterie, die verwendet wird, um den Motor zu starten, gepuffert wird. Bei der elektrischen Pufferung der Feldspulen-Stromquelle von der Batterie, die verwendet wird, um den Motor zu starten, kann es möglich sein, die Wirkung, die ein Batteriespannungsabfall auf die Lichtmaschinen-Feldregelung haben kann, abzuschwächen. Weiter noch kann die Herangehensweise ermöglichen, dass die Lichtmaschinenerregerfeldstärke gemäß einer Anzahl an Zylinderverbrennungsvorgängen seit dem Motorstart angepasst wird, sodass das Lichtmaschinenerregerfeld als Reaktion auf den Motorbetrieb gesteuert werden kann, anstatt auf die Zeit. Als solches kann das Lichtmaschinenerregerfeld so gesteuert werden, dass die Lichtmaschinenbelastung in einer wiederholbareren Weise angepasst werden kann.
  • Es ist zu verstehen, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt wird, um in einer vereinfachten Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weitergehend beschrieben werden. Es ist nicht beabsichtigt, Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu bestimmen, dessen Umfang eindeutig durch die Ansprüche definiert wird, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht beschränkt auf Implementierungen, die irgendwelche Nachteile lösen, die oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenlegung erwähnt sind.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • 1 zeigt ein beispielhaftes Fahrzeugsystemlayout.
    • 2-7 zeigen Beispiele der elektrischen Steuerschaltungen eines Motors.
    • 8 zeigt ein High-Level-Ablaufdiagramm eines Verfahrens, um eine Lichtmaschinenlast an einem Motor gemäß der vorliegenden Offenlegung während eines Motorstarts anzulegen.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme, um eine Motorlast anzupassen, die mittels einer Lichtmaschine über einen Lichtmaschinenrotor an einem Fahrzeugmotor während eines Motorstarts zur Steuerung der Motorgeschwindigkeit angelegt wird. Ein Motorsystem, wie gezeigt in 1, ist mit einer Lichtmaschine konfiguriert, die mechanisch mit dem Motor gekoppelt ist. Eine Feldspulenschaltung der Lichtmaschine ist konfiguriert, um eine Belastung anzupassen, die am Motor über eine Lichtmaschine angelegt wird, sodass die Motordrehzahl während eines Motorstarts gesteuert werden kann. Das Motorsystem schließt weiter eine Batterie ein, um einen Motoranlasser während des Motorstarts mit Energie zu versorgen. Wie in den 2-7 gezeigt, ist ein Motorstromkreis, der die Motordrehzahl beeinflusst, so konfiguriert, dass eine Feldspulenerregungsschaltung der Lichtmaschine elektrisch von der Batterie gepuffert wird, die Energie liefert, um den Motor während des Motorstarts anzulassen. Ein Motorcontroller kann konfiguriert sein, um ein Regelungsverfahren, wie beispielsweise das Verfahren von 8, auszuführen, um die Motordrehzahl, zu steuern, wenn eine vorhersehbarere und konsistentere mechanische Belastung durch die Lichtmaschine am Motor angelegt wird. Ferner passt der Controller einen an die Lichtmaschinenerregerfeldschaltung angelegten Strom an, um dadurch die mechanische Belastung zu variieren, die am Motor durch die Lichtmaschine basierend auf einem gewünschten Motorstartdrehzahlprofil angelegt wird. Auf diese Weise wird die Lichtmaschinen-Feldspulenerregungsschaltung gesteuert und elektrisch von der Batterie gepuffert, welche die Energie liefert, um den Motor während eines Starts anzulassen. Folglich kann die Verschlechterung in der Lichtmaschinenleistung aufgrund von Batteriealterung (oder anderen Ursachen von Spannungsabfall) reduziert werden. Als Resultat kann die Regelung der am Motor angelegten Lichtmaschinenlast verbessert werden. Weiter kann die Steuerung des Stromausgangs durch die Lichtmaschine zu Hilfselektrogeräten während eines Motorstarts verbessert werden.
  • 1 zeigt ein Blockdiagrammlayout eines Fahrzeugsystems 10, einschließlich eines Fahrzeugantriebsstrangs 20. Der Antriebsstrang 20 kann durch den Motor 22 mit Energie versorgt werden. Bei einem Beispiel kann der Motor 22 ein Benzinmotor sein. Bei alternativen Beispielen können andere Motorkonfigurationen, wie beispielsweise ein Dieselmotor, verwendet werden. Motor 22 kann mit einem Motorstartsystem 24 gestartet werden, das einen Anlasser umfasst. Bei einem Beispiel kann der Anlasser einen Elektromotor umfassen. Der Anlasser kann konfiguriert sein, um einen Motorneustart bei oder unter einer festgelegten Schwellendrehzahl nahe bei null, beispielsweise bei oder unter 50 U/min oder 100 U/min zu unterstützen. Das Drehmoment des Motors 22 kann durch den Drehmomentaktor 26, wie beispielsweise ein Einspritzventil, eine Drosselklappe, eine Nockenwelle usw., angepasst werden.
  • Zusätzlich kann im Fall eines Hybridfahrzeugs der Antriebsstrang dazu verwendet werden, die Motordrehzahl wie gewünscht zu verringern oder zu erhöhen.
  • Ein Motorabtriebsdrehmoment kann an Drehmomentwandler 28 übertragen werden, um ein Automatikgetriebe 30 anzutreiben. Bei einigen Beispielen kann der Drehmomentwandler als eine Komponente des Getriebes bezeichnet werden. Der Ausgang des Drehmomentwandlers 28 kann durch die Wandlerüberbrückungskupplung 34 gesteuert werden. Wenn die Wandlerüberbrückungskupplung 34 vollständig ausgekuppelt ist, überträgt der Drehmomentwandler 28 ein Drehmoment auf das Automatikgetriebe 30 durch Flüssigkeitstransfer zwischen der Drehmomentwandlerturbine und dem Drehmomentwandlerflügelrad, wodurch eine Drehmomenterhöhung ermöglicht wird. Im Gegensatz dazu, wenn die Wandlerüberbrückungskupplung 34 vollständig in Eingriff ist, wird das Motorleistungsdrehmoment direkt durch die Drehmomentwandler- 28 -Kupplung an eine Eingangswelle (nicht gezeigt) von Getriebe 30 übertragen. Alternativ kann die Wandlerüberbrückungskupplung 34 teilweise eingekuppelt sein, wodurch ermöglicht wird, dass der Betrag an Drehmoment, der an das Getriebe weitergegeben wird, angepasst werden kann.
  • Das Drehmoment von Automatikgetriebe 30 kann wiederum an die Räder 36 weitergegeben werden, um das Fahrzeug anzutreiben. Speziell kann das Automatikgetriebe 30 ein Eingangsantriebsmoment an der Eingangswelle (nicht gezeigt) ansprechend auf die Fahrzeugfahrbedingungen vor der Übersetzung eines Abtriebsdrehmoments auf die Räder anpassen. Beispielsweise kann das Getriebedrehmoment auf die Fahrzeugräder 36 übertragen werden, indem eine oder mehrere Kupplungen, einschließlich der Vorwärtskupplung 32, eingelegt wird. Als solches kann eine Vielzahl solcher Kupplungen wie benötigt eingelegt sein. Weiter können die Räder 36 gesperrt werden, indem die Radbremsen 38 in Eingriff gebracht werden. Bei einem Beispiel können die Radbremsen 38 als Reaktion auf den Fahrer, der seinen Fuß auf ein Bremspedal drückt (nicht dargestellt) in Eingriff gebracht werden. Ebenso können die Räder 36 durch Lösen der Radbremsen 38 als Reaktion auf den Fahrer, der seinen Fuß vom Bremspedal nimmt, entsperrt werden.
  • Die Fahrzeugsystemkomponenten außerhalb des Antriebsstrangs können eine Lichtmaschine 42, eine Batterie 46 und ein elektrisch unterstütztes Lenksystem (EPAS) 48 umfassen. Zusätzliche Hilfslasten (nicht gezeigt) können Lichter, Funksystem, Lüftungsanlagen (für das Beheizen und/oder Kühlen eines Fahrzeuginnenraums) usw. umfassen. Die Lichtmaschine 42 kann konfiguriert sein, um die mechanische Energie, die während des Betriebs des Motors 22 generiert wird, in Elektroenergie zur Speicherung in der Batterie 46 umzuwandeln. Die Lichtmaschine 42 kann eine Feldspulenerregungsschaltung 44 umfassen. Die Feldspulenerregungsschaltung 42 kann ein linearer oder pulsbreitenmodulierter Spannungsregler sein. Bei einem Beispiel kann ein Spannungsbefehl von Controller 40 mit einer Spannung einer Batterie durch die Feldspulenerregungsschaltung verglichen werden. Wenn der Spannungsbefehl des Controllers von der Batteriespannung abweicht, kann die Durchschnittsspannung, die durch die Feldspulenerregungsschaltung am Lichtmaschinenerregerfeld angelegt wird, erhöht werden, um den Feldspulenstrom zu erhöhen. Als solches, wenn eine Spannung an der Lichtmaschinen-Feldspulenerregungsschaltung 42 angelegt wird, wird die Spule mindestens teilweise aktiviert und dementsprechend eine Last am Motor 22 angelegt. Die Batteriespannung kann über den elektrischen Anschluss 52 erfasst werden. Der sich drehende Motor 22, der mechanisch mit der Lichtmaschine gekoppelt ist, bewirkt, dass Strom im Stator der Lichtmaschine 42 durch den Anschluss 55 zur Batterie fließt.
  • Bei einem Beispiel kann wie dargestellt Motor 22 konfiguriert sein, selektiv (und automatisch) abgestellt zu werden, wenn die Leerlauf-Stoppbedingungen erfüllt sind und neu gestartet zu werden, wenn die Wiederanlaufbedingungen erfüllt sind. Eine oder mehrere Hilfslasten können beispielsweise bei 12 V aufrechterhalten werden, selbst wenn der Motor aus ist. Die Energie, um die Hilfslasten aufrechtzuerhalten, welche betriebsfähig sind, wenn der Motor abgestellt ist, kann mindestens teilweise durch die Batterie 46 und/oder Puffer 50 bereitgestellt werden. Puffer 50 kann aus einer oder mehreren Zusatzbatterien (z. B. einer oder mehreren zusätzlichen kleineren Batterien) und/oder einem DC/DC-Wandler bestehen. Der elektrische Anschluss 54 koppelt elektrisch den Spannungsausgang von Puffer 50 mit der Lichtmaschinenerregerfeld-Erregungsschaltung von Spule 44. Bei einem Beispiel kann ein auf einem DC/DC-Wandler basierendes Gerät, wie beispielsweise ein Spannungsqualitätsmodul (VQM) oder ein Spannungskonstanzmodul (VSM) konfiguriert sein, um einen geregelten Gleichspannungsausgang von einem Gleichspannungseingang (oder einer Stromquelle), wie beispielsweise Batterie 46, bereitzustellen. Der Ausgang des DC/DC-Wandlers kann an den verschiedenen Hilfslasten einschließlich der Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung und der Lichtmaschinen-Feldspule angelegt werden.
  • Wie näher ausgeführt in den 2-6 kann der Feldspulenerregerkreis 44 und die Lichtmaschinen-Feldspule der Lichtmaschine 42 elektrisch von der Batterie 46 durch einen Puffer, einen DC/DC-Wandler (oder ein auf einem DC/DC-Wandler basierenden Gerät) gepuffert werden, das beispielsweise konfiguriert ist, um eine geregelte Spannung auszugeben. Bei anderen Beispielen kann der Feldspulenerregerkreis 44 und das Lichtmaschinenerregerfeld von der Batterie gepuffert werden, die verwendet wird, um den Motor über einen alternativen Puffer zu starten (z. B. eine Diode). Durch die Pufferung der Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung und der Lichtmaschinen-Feldspule von der Batterie während des Motorstarts kann die Regelung des Lichtmaschinen-Magnetfeldes während des Motorstarts verbessert werden. Weiter kann durch die Verbesserung der Regelung des Lichtmaschinen-Magnetfeldes eine vorhersehbarere und konsistentere mechanische Belastung am Motor durch die Lichtmaschine während eines Motorstarts angelegt werden. Die Schaltungen von 2-6 stellen eine beispielhafte gepufferte Lichtmaschinenerregerfeld-Spannungsregelung für eine Lichtmaschinen-Feldspule bereit, während die Schaltung von 7 die Anpassung des Stroms an die Lichtmaschinen-Feldspule als Reaktion auf zusätzliche Motor- und Fahrzeugzustände bereitstellt. Wie näher ausgeführt in 8, kann ein Controller 40 konfiguriert sein, um eine Spannung oder einen an der Lichtmaschinen-Feldspule angelegten Strom zu variieren und dadurch die mechanische Belastung, die am Motor durch die Lichtmaschine während des Motorstarts angelegt wird, anzupassen. Durch Variieren der Lichtmaschinenerregerfeld-Spannung oder des Stroms ist es möglich, die Last zu ändern, welche die Lichtmaschine am Motor während eines Starts anlegt, sodass die Lichtmaschinenlast anhand von Regelparametern variiert werden kann, die nicht streng von der Motordrehzahl abhängig sind. Beispielsweise kann die Lichtmaschinenerregerfeld-Spannung oder der Lichtmaschinenerregerfeld-Strom angepasst werden, um die Reibungsleistung zu kompensieren, die mit der Motortemperatur verbunden ist. Alternativ kann der Controller 40 einen vorhersehbaren konsistenten Betrag an mechanischer Belastung am Motor bereitstellen, indem er im Wesentlichen eine Konstantspannung an der Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung aufrechterhält. Jedoch muss berücksichtigt werden, dass der Feldstrom und die Last, die durch die Lichtmaschine am Motor bereitgestellt wird, nicht konstant ist, wenn eine Konstantspannung am Lichtmaschinenerregerfeld angelegt wird. Eher ändert sich der Lichtmaschinenerregerfeldstrom mit der Winkelgeschwindigkeit des Rotors, wenn eine Konstantspannung an der Lichtmaschinen-Feldspule angelegt wird. Obwohl die Last, die durch die Lichtmaschine dem Motor bereitgestellt wird, mit der Motordrehzahl variiert, hat die durch die Lichtmaschine bereitgestellte Last ein Lastprofil, das von Start zu Start konsistenter sein kann.
  • Der Controller 40 ist konfiguriert, um Eingaben von Motor 22 zu empfangen und dementsprechend eine mechanische Belastung anzupassen, die am Motor durch die Lichtmaschine angelegt wird, indem die Spannung oder der Strom, der der Lichtmaschinen-Feldspule zugeführt wird, angepasst wird. Als ein Beispiel kann ein Motorstartdrehzahlprofil ausgewählt werden, und der Controller kann eine Spannung oder einen Strom anpassen, welcher der Lichtmaschinen-Feldspule basierend auf einer Differenz zwischen der aktuellen Motordrehzahl und einem gewünschten Motordrehzahlprofil zugeführt wird. Durch Anpassung der Feldspulenspannung oder des Feldspulenstroms kann eine Intensität eines Magnetfeldes, das durch die Feldspule im Lichtmaschinenrotor erzeugt wird, angepasst werden, sodass es mehr oder weniger schwierig wird, den Rotor der Lichtmaschine zu drehen. Auf diese Weise ist es möglich, eine Last anzupassen, die an einem Motor durch eine Lichtmaschine angelegt wird, die mechanisch mit dem Motor während des Motorstarts gekoppelt ist, sodass die Motordrehzahl auf eine gewünschte Motordrehzahl geregelt werden kann.
  • Der Controller 40 kann auch eine Motordrehmomentabgabe durch Anpassung einer Kombination von Zündzeitpunktverstellung, Kraftstoffimpulsbreite, Kraftstoffimpulszeitsteuerung und/oder Luftfüllung anpassen, indem die Drosselklappenöffnung und/oder die Ventilsteuerung, der Ventilhub und der Ladedruck für turboaufgeladene oder aufgeladene Motoren geregelt wird. Im Fall eines Dieselmotors kann der Controller 40 das ausgegebene Motordrehmoment durch das Steuern einer Kombination von Kraftstoffimpulsbreite, Kraftstoffimpulszeitsteuerung und Luftfüllung steuern. In allen Fällen kann die Motorsteuerung auf einer Zylinder-für-Zylinder-Basis ausgeführt werden, um das Motorabtriebsdrehmoment zu steuern.
  • Wenn die Leerlauf-Stoppbedingungen erfüllt sind (z. B. wenn das Fahrzeug leer läuft und sich die Motorbetriebsparameter innerhalb eines gewünschten Bereiches befinden), kann der Controller 40 selektiv den Motor abstellen, indem er beispielsweise den Betrieb des Antriebsstrangs und/oder der Zubehörteile steuert. Ähnlich kann der Controller 40 selektiv den Motor neu starten, indem er den Anlasser unter Verwendung einer Batterie mit Energie versorgt, wenn die Bedingungen für den Motorneustart erfüllt sind, wie beispielsweise, wenn sich das Fahrzeug bereits in einem Leerlauf-Stopp befindet und ein oder mehrere Motorbetriebsparameter sich außerhalb des gewünschten Bereichs befinden. Weiter kann der Controller 40 die Motordrehmomentaktoren zusammen mit dem Durchführen von Anpassungen des Stroms verwenden, der einer Lichtmaschinen-Feldspule zur Steuerung der Drehzahl während des Motorstarts zugeführt wird. Beim Steuern von Motordrehmomentaktoren und der Last, die am Motor durch die Lichtmaschine angelegt wird, kann es möglich sein, Motordrehzahlausbrüche während des Motorstarts zu reduzieren.
  • Die 2-7 stellen Beispiele eines Motorstartsystems dar, das verwendet werden kann, um eine mechanische Belastung zu steuern, die an einem Motor durch eine Lichtmaschine während eines Motorstarts angelegt wird. Es ist offensichtlich, dass gleich referenzierte Zeichen identische oder entsprechende Komponenten und Einheiten überall in den jeweiligen Beispielen bezeichnen.
  • 2 stellt ein erstes Beispiel 200 eines Motorstartsystems einschließlich einer ersten Batterie 202 in elektrischer Kommunikation mit einem Motoranlasser 204 über den elektrischen Steckverbinder 216 während eines Motorstarts dar. Speziell wird Anlasser 204 durch die erste Batterie 202 während des Motorstarts mit Energie versorgt. Eine Lichtmaschine 206 kann mechanisch mit einem Motor gekoppelt sein, der selektiv während Leerlauf-Stoppbedingungen abgestellt wird (wie beispielsweise Motor 22 von 1). Die Ankerwicklungen eines Stators der Lichtmaschine 206 können in elektrischer Kommunikation mit der Batterie 202 sein. Die Lichtmaschine 206 hat auch eine Lichtmaschinen-Feldspule 208, die im Lichtmaschinen-Rotor integriert ist. Die Lichtmaschinen-Feldspule 208 wird durch die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung 210 mit Strom versorgt. Bei einem Beispiel ist die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung ein variabler Spannungsregler, der eine variable Durchschnittsspannung an die Lichtmaschinen-Feldspule 208 durch die Anpassung einer Impulslänge einer Spannung bereitstellt, welche am Eingang der Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung 210 angelegt wird. Bei einem alternativen Beispiel ist die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung ein linearer variabler Spannungsregler. Bei einem Beispiel kann die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung von einem Controller, der sich extern zur Lichtmaschine befindet, angesteuert werden (z. B. Controller 40 von 1), um die Lichtmaschinenerregerfeldspannung zu regulieren, sodass eine gewünschte Motorlast erreicht wird. Beispielsweise kann die aktuelle Batteriespannung mit der angewiesenen Spannung durch Subtrahieren der aktuellen Batteriespannung von der angewiesenen Batteriespannung verglichen werden. Wenn der Vergleich in einem anderen Wert als Null resultiert, kann die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung die Impulslänge der Spannung anpassen, die vom DC/DC-Wandler 212 an der Lichtmaschinen-Feldspule angelegt wird. Die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung 210 kann während des Motorstarts über den elektrischen Anschluss 218 in elektrischer Kommunikation mit einer anderen Stromquelle als der ersten Batterie 202 sein. Bei einem Beispiel ist wie dargestellt in den Beispielen der 2 und 3 die Stromquelle der DC/DC-Wandler 212 oder ein auf einem DC/DC-Wandler basierendes Gerät, das konfiguriert ist, um elektrisch die Lichtmaschinen-Feldspule und die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung von der ersten Batterie während des Motorstarts zu puffern. Das Motorstartsystem kann weiter einen Schalter 220 oder ein Relais, das parallel zur Stromquelle (z. B. parallel zu DC/DC-Wandler 212 in den Beispielen der 2-3) oder dem Puffer gekoppelt ist, umfassen. Ein Steuersystem, wie beispielsweise der Controller 40 von 1, kann Anweisungen umfassen, um den Schalter 220 während des Motorstarts zu öffnen und die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung 210 und die Lichtmaschinen-Feldspule 208 von der Batterie 202 durch einen DC/DC-Wandler oder ein alternatives Gerät zu puffern. Im Anschluss an den Motorneustart kann der Controller den Schalter 220 schließen, um elektrisch die Pufferschaltung zu umgehen (z. B. 212) und die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung direkt elektrisch mit der Batterie, die Strom an den Anlasser bereitstellte, koppeln. Alternativ kann die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung elektrisch mit dem Ausgang der Lichtmaschine (z. B. die Ankerwicklungen des Lichtmaschinenstators) im Anschluss an den Motorstart gekoppelt werden. Nachdem eine Spannung an einem Eingang des DC/DC-Wandlers 212 eine Schwellenspannung überschreitet, oder nach einer festgelegten Dauer, nachdem die Motordrehzahl eine Schwellenmotordrehzahl erreicht, kann bei einem Beispiel ein Controller den Schalter 220 schließen. Wenn der Schalter 220 offen ist, wird die Feldspulenschaltung-Erregungsschaltung 210 und die Lichtmaschinen-Feldspule 208 elektrisch von der ersten Batterie 202 gepuffert.
  • Der DC/DC-Wandler 212 kann weiter elektrisch mit einem oder mehreren Hilfsverbrauchern 214 gekoppelt sein. Ein oder mehrere der Hilfslasten können bei 12 V oder einer anderen gewünschten Spannung aufrechterhalten werden, selbst wenn der Motor selektiv abgestellt wird. Bei einem Beispiel können die Hilfsverbraucher 214 die Fahrzeuginnenbeleuchtung umfassen. Bei einem weiteren Beispiel können die Hilfsverbraucher 214 ein elektrisch unterstütztes Lenksystem (EPAS) umfassen. Wenn ein EPAS eingeschlossen ist, kann der Controller weiter konfiguriert sein, einen Strom aufrechtzuerhalten, der am Lenksystem durch den DC/DC-Wandler während des Motorstarts angelegt wird, um dadurch die Lenkhilfeansprechzeiten zu verbessern. Bei einem alternativen Beispiel kann das EPAS elektrisch mit dem Ausgang der Lichtmaschinen-Ankerwicklungen des Lichtmaschinenstators gekoppelt sein. Da die Regelung des Lichtmaschinenerregerfeldstromes durch Zuführen der gepufferten Spannung und/oder des Stroms zur Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung und Lichtmaschinen-Feldspule durch den DC/DC-Wandler verbessert wird, wird der Spannungsausgang von den Lichtmaschinen-Ankerwicklungen des Stators des Ankers zum EPAS verbessert. Folglich kann das EPAS-Betriebsverhalten verbessert werden.
  • 3 zeigt ein zweites Beispiel 300 eines Motorstartsystems, das weiter eine Diode 302 in der Schaltung, die elektrisch die erste Batterie 202 von der Lichtmaschinen-Feldspule 208 puffert, und die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung 210 umfasst. Die Kathode von Diode 302 ist in Richtung auf die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung 210 ausgerichtet und die Anode von Diode 302 ist in Richtung auf die erste Batterie 202 ausgerichtet. Als solches begrenzt die Diode 302 den Stromfluss vom Ausgang des DC/DC-Wandlers 210 zur ersten Batterie 202. Die hinzugefügte Diode 302 kann verwendet werden, um den Betrieb des Schalters 220 im Falle der Verschlechterung des Schalters 220 zu sichern. Wenn beispielsweise der Schalter 220 nicht schließt, wenn die Batteriespannung höher ist als der Spannungsausgang von DC/DC-Wandler 212, dann beginnt die Diode 302 in einer Vorwärtsrichtung zu leiten und Strom fließt von der Batterie 202 und den Ankerwicklungen des Stators der Lichtmaschine 206 zur Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung 210 und den Verbrauchern 214. Auf diese Weise puffert die Diode 302 elektrisch die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung 210 und die Lichtmaschinen-Feldspule 208 von der ersten Batterie 202 durch das Begrenzen des Stromflusses in einer Richtung vom Feldspulenerregerkreis 210 zur ersten Batterie 202.
  • Die 4 und 5 zeigen entsprechende Beispiele 400 und 500 eines Motorstartsystems, bei denen die Stromquelle, die Spannung und Strom an die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung 210 während eines Motorstarts liefert, eine zweite Batterie 402 ist. Speziell die beispielhafte Schaltung von 4 ist im Wesentlichen der beispielhaften Schaltung von 2 ähnlich, außer dass die Stromquelle zur Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung 210 und den Hilfsverbrauchern 214 die zweite Batterie 402 ist anstatt des DC/DC-Wandlers 210. Weiter empfängt die zweite Batterie 402 während des Motorstarts keine Ladung von der ersten Batterie, wie es der DC/DC-Konverter 212 von 2 tut. Ähnlich ist das Beispiel von 5 im Wesentlichen ähnlich dem Beispiel von 3, außer dass die Stromquelle zur Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung 210 und den Hilfsverbrauchern 214 die zweite Batterie 402 ist anstatt des DC/DC-Wandlers 212. Weiter empfängt die zweite Batterie 402 während des Motorstarts keine Ladung von der ersten Batterie, wie es der DC/DC-Konverter 212 von 3 tut. Wie gezeigt, umfasst das Beispiel von 5 eine hinzugefügte Diode 302, die verwendet werden kann, um den Betrieb des Schalters 220 im Falle der Verschlechterung des Schalters 220 zu sichern. Als solches wird in den Beispielen von 4-5 der Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung ein im Wesentlichen konstanter Spannungsausgang durch die zweite Batterie 402 bereitgestellt.
  • Es ist offensichtlich, dass in alternativen Beispielen andere Nicht-VQM-Lasten wie beispielsweise die Kraftstoffpumpe, Sitzelektromotoren, und Scheibenentfroster zusätzlich eingeschlossen sein können, während die dargestellten Beispiele einen Anlasser 204 gekoppelt mit der Batterie veranschaulichen.
  • Die Schaltungen der 2-5 können wiederholbarere und konsistentere Lichtmaschinenlasten während des Starts an einen Motor bereitstellen. Es kann jedoch bei einigen Zuständen wünschenswert sein, den Lichtmaschinenerregerfeldstrom durch Anpassen der Spannung, die von der Lichtmaschinen-Feldspule angelegt wird, zu steuern. Beispielsweise kann es während eines Motorstarts wünschenswert sein, den Lichtmaschinenerregerfeldstrom als Reaktion auf die Motordrehzahl oder gemäß einem festgelegten Profil anzupassen, anstatt die Feldspannung als Reaktion auf eine Differenz zwischen einer angewiesenen Batteriespannung und einer aktuellen Batteriespannung anzupassen.
  • Weiterführend zeigt 6 noch eine weitere beispielhafte Schaltung 600 für ein Motorstartsystem. Hier kann zusätzlich zu den Komponenten, die zuvor in den 2-5 eingeführt wurden, das System einen Differentialverstärker 608 umfassen, um den Lichtmaschinenerregerfeldstrom über die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung 210 anzupassen. Durch Variieren der an der Lichtmaschinen-Feldspule angelegten Durchschnittsspannung ist es möglich, den Lichtmaschinenerregerfeldstrom abzuändern und die Stärke eines Magnetfeldes zu variieren, das durch die Lichtmaschinen-Feldspule 208 erzeugt wird.
  • Im dargestellten Beispiel empfängt der Differentialverstärker 608 eine Spannung vom Controller 40 über die Übertragungsfunktion 610, die den Lichtmaschinenerregerfeldstrom auf einen Spannungsbefehl bezieht. Bei einem Beispiel wird eine gewünschte Lichtmaschinen-Drehmomentbelastung in einen gewünschten Lichtmaschinenerregerfeldstrom umgewandelt und an den Differentialverstärker 608 als eine Spannung ausgegeben. Der Differentialverstärker 608 kann durch eine andere Stromquelle als der ersten Batterie 202 mit Energie versorgt werden. Beispielsweise kann der Differentialverstärker 608 durch den DC/DC-Wandler 212 oder durch eine zweite Batterie 402 mit Energie versorgt werden (wie gezeigt in den Beispielen der 4-5). Durch Variieren des Stromflusses durch die Lichtmaschinen-Feldspule 208 über die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung während eines Motorstarts kann die mechanische Belastung, die von der Lichtmaschine dem Motor während des Motorstarts bereitgestellt wird, variiert werden. Um ein gewünschtes Motorstartdrehzahlprofil 610 zu erreichen, kann der Controller 40 einen an der Lichtmaschinen-Feldspule angelegten Strom variieren, um dadurch die mechanische Belastung anzupassen, die am Motor während des Motorstarts angelegt wird. Der Controller kann den Stromfluss durch die Feldschaltung als Reaktion auf beispielsweise eine Anzahl an Verbrennungsvorgängen seit dem Motorstart variieren. Der Controller kann weiter den auf dem Atmosphärendruck basierenden Stromfluss variieren, um den Motorstart bei größeren Höhen zu verbessern. Beispielsweise kann der Controller den Stromfluss durch die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung erhöhen, während der Atmosphärendruck zunimmt (z. B. bei niedrigeren Höhen). Ähnlich kann der Controller den Stromfluss durch die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung verringern, während der Atmosphärendruck abnimmt (z. B. bei größeren Höhen). Die Anpassung des Stromflusses zur Lichtmaschinen-Feldspule mittels der Anpassung der Durchschnittsspannung, die an der Lichtmaschinen-Feldspule über die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung während des Motorstarts angelegt wird, ermöglicht dem Controller 40, ein niedrigeres Drehmoment beim Motorstart zu kompensieren, wenn weniger Luft für die Verbrennung bei größeren Höhen verfügbar ist. Wenn der Motor daher bei größeren Höhen gestartet wird, kann das Motorstartdrehzahlprofil genauer mit dem Motorstartdrehzahlprofil auf Meereshöhe übereinstimmen, wo mehr Luft verfügbar ist, um das Motordrehmoment zu erhöhen. Folglich kann die mechanische Belastung, die durch die Lichtmaschine dem Motor bereitgestellt wird, angepasst werden, um für Differenzen im Motorstartdrehmoment Rechnung zu tragen, die mit dem Motorluftbetrag während des Motorstarts verbunden sein können.
  • Der Controller 40 kann den Lichtmaschinenerregerfeldstrom auch über die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung hinsichtlich Motorverschleiß und andere umgebungsbedingte Motorbetriebszustände einschließlich der Motortemperatur, Zeit seit Anlassen des Motors und der Anzahl an Verbrennungsvorgängen seit dem Motorstopp anpassen. Weiter ermöglicht das System von 6 dem Controller 40, den Betrag des Lichtmaschinenerregerfeldstroms als Reaktion auf die oben genannten Umgebungsbedingungen und Motorzustände anzupassen, die verursachen können, dass die Motordrehzahl von einer gewünschten Motordrehzahl bei einigen Zuständen abweicht. Wenn beispielsweise der Motor bei einer kälteren Temperatur gestartet wird und die Motordrehzahl während des Motorstarts kleiner als die gewünschte Motordrehzahl ist, kann der Lichtmaschinenerregerfeldstrom angepasst (z. B. verringert) werden, sodass die Motordrehzahl sich erhöht. Die Stromstärkenanpassung kann gespeichert werden und während eines nachfolgenden Motorneustarts bei ähnlichen Zuständen verwendet werden.
  • Bei noch weiteren Beispielen kann der Controller den Stromfluss durch die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung während eines Motorstopps anpassen, um die Motorlage zu steuern. Durch die Verbesserung der Genauigkeit des Motorausschaltpunktes kann ein nachfolgender Motorneustart verbessert werden.
  • Bei einem Beispiel arbeitet das System von 6, um den Lichtmaschinen-Feldspulenstrom durch den Controller 40 zu steuern und eine Spannung, die einer gewünschten Lichtmaschinen-Drehmomentbelastung entspricht, auszugeben. Die gewünschte Lichtmaschinen-Drehmomentbelastung kann empirisch bestimmt und über eine Tabelle oder Funktion als Reaktion auf Motorbetriebszustände indiziert sein. Beispielsweise kann die Lichtmaschinen-Drehmomentbelastung durch Indizieren einer Tabelle gemäß der Motortemperatur und der Höhe bestimmt werden. Der Lichtmaschinen-Drehmomentbefehl kann dann zu einem gewünschten aus einer Tabelle bestimmten Lichtmaschinenerregerfeldstrom umgewandelt werden, der durch die Winkelgeschwindigkeit der Lichtmaschine und den gewünschten; Lichtmaschinen-Drehmomentbefehl indiziert ist. Weiter kann der gewünschte Lichtmaschinenerregerfeldstrom dann in einen Spannungsbefehl umgewandelt werden, der vom Controller 40 an die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung ausgegeben wird.
  • Der Differentialverstärker 608 empfängt den Spannungsbefehl vom Controller 40 und vergleicht die Spannung mit einer Spannung am Feldstrom-Messwiderstand 606. Wenn die Spannungen übereinstimmen, bleibt der Ausgang des Differentialverstärkers 608 konstant. Wenn die Spannung von Controller 40 höher ist als die Spannung am Widerstand 606, erhöht der Differentialverstärker den Spannungsbefehl zur Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung 210. In diesem Beispiel passt die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung die Durchschnittsspannung an, die auf den Stromfluss zur Basis des Transistors 604 angewandt wird. Da die Spannung durch den DC/DC-Wandler 212 zugeführt und durch die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung 210 gesteuert wird, kann der Lichtmaschinenerregerfeldstrom durch Änderungen in der Spannung der Batterie 202 weniger beeinflusst werden.
  • Wie zuvor angedeutet ist in jeder der beispielhaften Schaltungen der Schalter 218 offen, während der Motor abgestellt ist und bis die Netzspannung der Batterie 202 oder die Ankerwicklungen des Stators der Lichtmaschine 206 auf einen Schwellwert ansteigt (wie beispielsweise die Spannung der zweiten Batterie 402 oder die Spannung des DC/DC-Wandlers 212), um eine Abnahme in der Spannung zu verhindern, die für die mit dem Ausgang des DC/DC-Wandlers gekoppelten elektrischen Bauteile verfügbar ist. In den dargestellten Konfigurationen kann durch Hinzufügen der Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung 210 als eine Zusatzlast an der Stromquelle (z. B. DC/DC-Wandler 212 oder eine zweite Batterie) der Lichtmaschinen-Feldspulenstrom während eines Motorstarts beständiger aufrechterhalten werden, um eine vorhersehbarere und genauere Motordrehzahlregelung während des Motoranlassens und dem Hochlauf zu ermöglichen (z. B. eine Zeit von zunehmender, Motordrehzahl zwischen der Kurbeldrehzahl und einer gewünschten Leerlaufdrehzahl). Wenn beispielsweise der Ausgang des DC/DC-Wandlers 212 im Wesentlichen bei 12 Volt aufrechterhalten wird, ist der Stromfluss in die Lichtmaschinen-Feldspule 208 von Motorstart zu Motorstart konsistenter. Folglich ist die mechanische Belastung, die am Motor durch die Lichtmaschine während eines Startens angelegt wird, von Motorstart zu Motorstart konsistenter, sodass die Motordrehzahl wiederholbarer ist. Wo der zur Lichtmaschinen-Feldspule zugeführte Strom angepasst werden kann, wie gezeigt in 6, kann die mechanische Belastung, die am Motor durch die Lichtmaschine während eines Motorstarts angelegt wird, angepasst werden, um die Regelung der Motordrehzahl unter variierenden Betriebszuständen zu verbessern (z. B. variierende Höhe, variierende Temperatur). Deshalb kann der Lichtmaschinenerregerfeldstrom unabhängig vom Alter und Zustand der Batterie 202 sowie unabhängig von Motoranlasslasten mindestens während einiger Zustände gesteuert werden.
  • Weiterführend ist in 7 noch eine weitere beispielhafte Schaltung 700 eines Motorstartsystems gezeigt. Hier kann zusätzlich zu den Komponenten, die zuvor in den 2-5 eingeführt wurden, das System einen Differentialverstärker 708 umfassen, um den Lichtmaschinenerregerfeldstrom anzupassen und die Stärke eines Magnetfeldes zu variieren, das durch die Lichtmaschinen-Feldspule 208 erzeugt wird.
  • Im dargestellten Beispiel ist Transistor 704 konfiguriert, um einen Stromfluss durch die Feldspulenschaltung anzupassen. Durch Anpassung des Lichtmaschinenerregerfeldstroms anstatt der Feldspannung entfernt das System von 7 im Wesentlichen eine Verzögerung, die durch den induktiven Feldwiderstand verursacht wird, und verbessert die Systemreaktion. Der Transistor 704 kann elektrisch mit einem Feldstrom-Messwiderstand 706 gekoppelt sein und er kann durch den Differentialverstärker 708 angesteuert werden. Der Differentialverstärker 708 kann durch eine andere Stromquelle als der ersten Batterie 202 mit Energie versorgt werden. Beispielsweise kann der Differentialverstärker 708 durch den DC/DC-Wandler 212 oder durch eine zweite Batterie 402 mit Energie versorgt werden (wie gezeigt in den Beispielen der 4-5). Durch Variieren des Stromflusses durch die Lichtmaschinen-Feldspule 208 während eines Motorstarts kann die mechanische Belastung, die von der Lichtmaschine dem Motor während des Motorstarts bereitgestellt wird, variiert werden. Es kann beispielsweise ähnlich dem System von 6 ein gewünschtes Motorstartdrehzahlprofil vom Controller 40 angewiesen werden, um einen an der Lichtmaschinen-Feldspule angelegten Strom zu variieren und dadurch die mechanische Belastung anzupassen, die am Motor während des Motorstarts angelegt wird. Der Controller kann den Stromfluss durch die Lichtmaschinen-Feldspule als Reaktion auf beispielsweise eine Anzahl an Verbrennungsvorgängen seit dem Motorstart oder anderen Betriebsparametern, wie sie in der Offenlegung der 6 beschrieben sind, variieren.
  • Bei einem Beispiel arbeitet das System von 7, um den Lichtmaschinen-Feldspulenstrom durch den Controller 40 zu steuern und eine Spannung, die einer gewünschten Lichtmaschinen-Drehmomentbelastung entspricht, auszugeben. Bei einem Beispiel kann die gewünschte Lichtmaschinen-Drehmomentbelastung empirisch bestimmt und über eine Tabelle oder Funktion als Reaktion auf Motorbetriebszustände indiziert sein. Beispielsweise kann die Lichtmaschinen-Drehmomentbelastung durch Indizieren einer Tabelle gemäß der Motortemperatur und der Höhe bestimmt werden. Der Lichtmaschinen-Drehmomentbefehl kann dann zu einem gewünschten aus einer Tabelle bestimmten Lichtmaschinenerregerfeldstrom umgewandelt werden, der durch die Winkelgeschwindigkeit der Lichtmaschine und den gewünschten; Lichtmaschinen-Drehmomentbefehl indiziert ist. Weiter kann der gewünschte Lichtmaschinenerregerfeldstrom dann in einen Spannungsbefehl umgewandelt werden, der vom Controller 40 an den Differentialverstärker 708 ausgegeben wird.
  • Der Differentialverstärker 708 empfängt den Spannungsbefehl vom Controller 40 und vergleicht die Spannung mit einer Spannung am Feldstrom-Messwiderstand 706. Die Übertragungsfunktion 710 wandelt einen gewünschten Lichtmaschinenerregerfeldstrom in einen Spannungsbefehl um. Wenn die Spannungen übereinstimmen, bleibt der Ausgang des Differentialverstärkers 708 konstant. Wenn die Spannung vom Controller 40 höher ist als die Spannung am Widerstand 706, erhöht der Differentialverstärker den Stromfluss zur Basis des Transistors 704. Wenn der Stromfluss zur Basis des Transistors 704 erhöht wird, wird zusätzlichem Strom ermöglicht, die Lichtmaschinen-Feldspule 208 und den Transistor 704 zu passieren. Da Strom durch den DC/DC-Wandler 210 zugeführt und über den Transistor 704 gesteuert wird, kann der Lichtmaschinenerregerfeldstrom durch Änderungen an der Spannung der Batterie 202 weniger beeinflusst werden.
  • Wie zuvor angedeutet ist in jeder der beispielhaften Schaltungen der Schalter 220 offen, während der Motor abgestellt ist und bis die Netzspannung der Batterie 202 oder die Ankerwicklungen des Stators der Lichtmaschine 206 auf einen Schwellwert ansteigt (wie beispielsweise die Spannung der zweiten Batterie 402 oder die Spannung des DC/DC-Wandlers 212), um eine Abnahme in der Spannung zu verhindern, die für die mit dem Ausgang des DC/DC-Wandlers gekoppelten elektrischen Bauteile verfügbar ist. In den dargestellten Konfigurationen kann durch Hinzufügen der Lichtmaschinen-Feldspule als eine Zusatzlast an der Stromquelle (z. B. DC/DC-Wandler 212 oder eine zweite Batterie) der Strom zur Lichtmaschinen-Feldspule während eines Motorstarts beständiger aufrechterhalten werden, um eine vorhersehbarere und genauere Motordrehzahlregelung während des Motoranlassens und dem Hochlauf zu ermöglichen (z. B. eine Zeit von zunehmender, Motordrehzahl zwischen der Kurbeldrehzahl und einer gewünschten Leerlaufdrehzahl). Wenn beispielsweise der Ausgang des DC/DC-Wandlers 212 im Wesentlichen bei 12 Volt aufrechterhalten wird, ist der Stromfluss in die Lichtmaschinen-Feldspule 208 von Motorstart zu Motorstart konsistenter. Folglich ist die mechanische Belastung, die am Motor durch die Lichtmaschine während eines Startens angelegt wird, von Motorstart zu Motorstart konsistenter, sodass die Motordrehzahl wiederholbarer ist. Wo der zur Lichtmaschinen-Feldspule zugeführte Strom angepasst werden kann, wie gezeigt in den 6 und 7, kann die mechanische Belastung, die am Motor durch die Lichtmaschine während eines Motorstarts angelegt wird, angepasst werden, um die Regelung der Motordrehzahl unter variierenden Betriebszuständen zu verbessern (z. B. variierende Höhe, variierende Temperatur). Deshalb kann der Lichtmaschinenerregerfeldstrom unabhängig vom Alter und Zustand der Batterie 202 sowie unabhängig von Motoranlasslasten mindestens während einiger Zustände gesteuert werden.
  • Die Regelung des Lichtmaschinenerregerfeldstroms kann in Bezug auf Gleichungen ausgedrückt werden, die den Lichtmaschinenbetrieb beschreiben. Das Drehmoment an der Lichtmaschinen-Riemenscheibenwelle kann ausgedrückt werden als: T s h a f t = K t * I f * I a r m ,
    Figure DE102011084851B4_0001
    wobei Kt eine Drehmomentkonstante für eine spezielle Maschine (z. B. Lichtmaschine) ist, If ist der Feldstrom der Maschine im Lichtmaschinenrotor und Iarm ist der Ankerstrom.
  • Ähnlich kann die Lichtmaschinen-Ausgangsleistung ausgedrückt werden als: P o u t = V b a t * I a r m
    Figure DE102011084851B4_0002
    wobei Vbat die Spannung der alternden Batterie (Batterie 202) ist.
  • Wenn die Lichtmaschine von der Batterie, wie beispielsweise in typischen Schaltungen des Motorstarts, nicht elektrisch gepuffert wird, kann die Lichtmaschinenerregerfeldstromdynamik ausgedrückt werden als: V Bplus = L f * di f / dt + R f * I f + K * B emf * ω rot
    Figure DE102011084851B4_0003
    wobei VBplus der Lichtmaschinen-Spannungsausgang ist, Lf ist die Ankerfeld-Spuleninduktivität, dif/dt ist die Ableitung des Feldstroms in Bezug auf die Zeit, Rf ist der Feldspulenwiderstand, K ist eine Konstante, die sich auf die Größe und Anzahl an Spulenwicklungen der Lichtmaschine bezieht, Bemf ist die Größenordnung des Magnetfeldes B des Rotors und ωrot ist die Rotor-Winkelgeschwindigkeit. Wenn der Motor stoppte, reduziert sich die Gleichung 3 zu: V Bplus = R f * I f
    Figure DE102011084851B4_0004
  • Deshalb kann bei Motorstopp, während die alternde Batteriespannung abfällt, eine proportionale Abnahme im Feldspulenstrom auftreten. Wie aus der Gleichung (3) zu ersehen ist, kann der gesamte Anlassvorgang durch das reduzierte VBplus nachteilig beeinflusst werden, was in einem niedrigeren Feldstrom während des gesamten Abstell- und Neustartvorgangs resultieren kann.
  • Im Vergleich dazu, wie gezeigt in den Beispielen der 2-7, kann durch Hinzufügen der Lichtmaschinenerregerfeldspannung und des Lichtmaschinenerregerfeldstroms als eine Zusatzlast an der Stromquelle der VBplus-Ausdruck der Gleichung (3) mit einer Stromquelle ersetzt werden, die auf einem stabileren und geregelteren Spannungspegel aufrechterhalten wird, der auch durch Motoranlasslasten nicht beeinflusst wird. Deshalb kann Gleichung (3) umgeschrieben werden zu: V Bplus_controlled = L f * dI f / dt + R f * I f + B emf * ω rot
    Figure DE102011084851B4_0005
  • In den Beispielen der 2-7 wird unter Verwendung der Gleichungen (1) und (5) die Lichtmaschinenlast am Motor besser reguliert, und die Lichtmaschinen-Ausgangsleistung kann im Wesentlichen unempfindlich gegenüber den Alterungswirkungen der Hauptbatterie (202) sowie dem zugehörigen Anlass- und Hochlaufspannungsabfall gemacht werden.
  • Weiter noch kann, wie aus den Gleichungen (3) und (5) zu ersehen ist, durch das Regeln von If direkt mit einer Stromquellenversorgung, wie gezeigt in 7, oder indirekt, wie gezeigt in 6, das Motordrehmoment in der Gleichung (1) in Echtzeit gesteuert werden, um das Lichtmaschinen-Wellendrehmoment wie benötigt zu erhöhen oder zu verringern, um das gewünschte Motorkurbelwellen-Drehmoment und die Beschleunigung und die verbundenen NVH-Eigenschaften zu erhalten. Aus der Gleichung 1 resultiert das dynamische Erhöhen/Verringern des Feldstroms beispielsweise in einem dynamisch erhöhten oder verringerten Motorwellendrehmoment und einem dynamisch erhöhten oder verringerten Ankerstrom für die gleiche Motordrehzahl. Deshalb kann durch das Aufrechterhalten eines konsistenten Lichtmaschinenerregerfeldstroms während eines Motorstarts oder durch Anpassung des Lichtmaschinenerregerfeldstroms während des Motorstarts, um aktiv die Last zu steuern, die durch die Lichtmaschine dem Motor auferlegt wird, die Qualität des Motorstarts (z. B. NVH) verbessert werden.
  • Deshalb stellen die Beispiele, die durch die 1-7 beschrieben werden, ein Motorstartsystem bereit, das umfasst: einen Motor; einen Motoranlasser; eine erste Batterie in elektrischer Kommunikation mit dem Motoranlasser während eines Motorstarts; und eine Lichtmaschine, die mechanisch mit dem Motor gekoppelt ist, wobei die Lichtmaschine einen Feldspulenerregerkreis aufweist, der elektrisch von der ersten Batterie während eines Motorstarts gepuffert wird, und wobei der Feldspulenerregerkreis in elektrischer Kommunikation mit einer anderen Stromquelle als der ersten Batterie während des Motorstarts ist. Das Motorstartsystem umfasst als Stromquelle eine zweite Batterie. Das Motorstartsystem umfasst als Stromquelle einen DC/DC-Wandler, der konfiguriert ist, den Feldspulenerregerkreis von der ersten Batterie während des Motorstarts elektrisch zu puffern. Das Motorstartsystem umfasst den Feldspulenerregerkreis, der einen Spannungsregler für die Regulierung einer Lichtmaschinenerregerfeldspannung während des Motorstarts umfasst. Das Motorstartsystem umfasst weiter einen Controller, wobei der Controller Anweisungen umfasst, um den Motor selektiv während Leerlauf-Stoppbedingungen abzustellen und selektiv den Motor während Wiederanlaufbedingungen neu zu starten. Das Motorstartsystem umfasst weiter einen Schalter, der parallel zur Stromquelle gekoppelt ist, wobei der Feldspulenerregerkreis von der ersten Batterie elektrisch gepuffert wird, wenn der Schalter offen ist. Das Motorstartsystem umfasst den Controller, der weitere Anweisungen umfasst, um den Schalter während des Motorstarts zu öffnen und den Schalter, nachdem eine Spannung an einem Eingang der Stromquelle eine Schwellenspannung überschreitet, oder nach einer festgelegten Dauer, nachdem die Motordrehzahl eine Schwellenmotordrehzahl erreicht, zu schließen. Das Motorstartsystem umfasst weiter eine Diode in einer Schaltung, die elektrisch die erste Batterie mit dem Feldspulenerregerkreis koppelt, wobei eine Kathode der Diode in Richtung des Feldspulenerregerkreises orientiert ist, und wobei eine Anode der Diode in Richtung der ersten Batterie orientiert ist und die Diode den Feldspulenerregerkreis von der ersten Batterie durch Grenzstromfluss in einer Richtung vom Feldspulenerregerkreis zur ersten Batterie elektrisch puffert.
  • Die Beispiele der 1-7 umfassen weiter ein Fahrzeugsystem, das umfasst: Ein Motor, der selektiv während Leerlauf-Stoppbedingungen abgestellt wird; eine Batterie; ein Anlasser; ein mit der Batterie elektrisch gekoppelter DC/DC-Wandler, wobei der DC/DC-Wandler konfiguriert ist, einen geregelten Spannungsausgang bereitzustellen; eine Lichtmaschine einschließlich einer Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung, wobei die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung elektrisch mit einem Ausgang des DC/DC-Wandlers während eines Motorstarts gekoppelt ist und die Lichtmaschine mechanisch mit dem Motor gekoppelt ist; und ein Controller mit computerlesbaren Anweisungen, um während eines Motorneustarts von Leerlauf-Stoppbedingungen, das Motordrehmoment durch mindestens einen Drehmomentaktor anzupassen. Das Fahrzeugsystem umfasst den Anlasser, der durch die Batterie während des Motorstarts mit Energie versorgt wird. Das Fahrzeugsystem umfasst einen Anker der Lichtmaschine, der in elektrischer Kommunikation mit der Batterie ist, wobei die Batterie den DC/DC-Wandler mit Strom versorgt, und wobei die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung elektrisch von der Batterie über den DC/DC-Wandler gepuffert wird. Das Fahrzeugsystem umfasst eine Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers, die während des Anlassens des Motors größer ist als eine Spannung der Batterie. Das Fahrzeugsystem umfasst weiter eine Diode in einer Schaltung, die elektrisch die Batterie mit der Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung koppelt; eine Kathode der Diode, die in Richtung auf die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung ausgerichtet ist, und eine Anode der Diode, die in Richtung auf die Batterie ausgerichtet ist, wobei die Diode elektrisch die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung von der Batterie durch den Grenzstromfluss in einer Richtung von der Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung zur Batterie puffert. Das Fahrzeugsystem umfasst weiter einen Schalter, der parallel mit dem DC/DC-Wandler gekoppelt ist, wobei der Controller weitere Anweisungen umfasst, um während des Motorneustarts den Schalter zu öffnen und elektrisch die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung von der Batterie zu puffern; und im Anschluss an den Motorneustart, den Schalter zu schließen, um einen Pufferkreis zwischen der Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung und der Batterie zu umgehen. Das Fahrzeugsystem umfasst den DC/DC-Wandler, der weiter elektrisch mit einem oder mehreren Hilfsverbrauchern einschließlich der Fahrzeuginnenbeleuchtung gekoppelt ist. Das Fahrzeugsystem umfasst weiter ein mit der Lichtmaschine elektrisch gekoppeltes Lenkhilfesystem, wobei der Controller weitere Anweisungen umfasst, um einen Strom zu steuern, der dem Lenkhilfesystem durch die Lichtmaschine während des Motorstarts zugeführt wird.
  • Die Beispiele der 1-7 stellen weiter ein System bereit, um die Motordrehzahl während eines Motorstarts zu steuern, das umfasst: einen Motor; eine erste Batterie in elektrischer Kommunikation mit einem Motoranlasser während eines Motorstarts; eine mit dem Motor mechanisch gekoppelte Lichtmaschine, wobei die Lichtmaschine einen Feldspulenerregerkreis aufweist, der elektrisch von der ersten Batterie während eines Motorstarts gepuffert wird, und wobei der Feldspulenerregerkreis während des Motorstarts in elektrischer Kommunikation mit einer anderen Stromquelle ist als der ersten Batterie; und ein Controller, um eine Stärke eines Magnetfeldes zu variieren, das von einer Feldspule durch Anpassung eines Eingangs des Feldspulenerregerkreises erzeugt wird. Das System umfasst die Stromquelle, die eine zweite Batterie ist. Das System umfasst die Stromquelle, die ein DC/DC-Wandler ist, und wobei der DC/DC-Wandler elektrisch die Feldspule von der ersten Batterie während des Motorstarts puffert. Das System umfasst weiter eine Schaltung, um die Stärke des Magnetfeldes zu variieren, wobei die Schaltung einen Differentialverstärker umfasst, und wobei der Controller weiter Anweisungen umfasst, um die Lichtmaschinen-Feldspulenspannung während des Motorstarts durch Anpassung eines Ausgangs des Differentialverstärkers zu variieren. Das System umfasst den Controller, der Anweisungen umfasst, um die Lichtmaschinen-Feldspulendurchschnittsspannung während des Motorstarts zu variieren, um eine Belastung zu variieren, die von der Lichtmaschine an den Motor während des Motorstarts bereitgestellt wird. Das System umfasst die Lichtmaschinen-Feldspulendurchschnittsspannung, die als Reaktion auf eine Anzahl an Verbrennungsvorgängen seit dem Motorstopp angepasst wird. Das System umfasst die Lichtmaschinen-Feldspulendurchschnittsspannung, die weiter als Reaktion auf einen Atmosphärendruck oder Motorverschleiß angepasst wird. Das System umfasst die Anpassung der Lichtmaschinen-Feldspulendurchschnittsspannung, die das Verringern der Lichtmaschinen-Feldspulendurchschnittsspannung umfasst, welche an der Feldspule angelegt wird, während der Atmosphärendruck zunimmt. Das System umfasst den Controller, der weitere Anweisungen zur selektiven Abschaltung des Motors während Leerlauf-Stoppbedingungen und zum selektiven Neustart des Motors während Wiederanlaufbedingungen umfasst. Das System umfasst den Controller, der weitere Anweisungen umfasst, um die Lichtmaschinen-Feldspulendurchschnittsspannung während eines Motorstopps anzupassen, um die Motorlage zu steuern. Das System umfasst den Differentialverstärker, der durch eine andere Stromquelle als die erste Batterie mit Energie versorgt wird, und wobei die andere Stromquelle als die erste Batterie ein DC/DC-Wandler ist. Das System umfasst weiter einen mit dem Differentialverstärker elektrisch gekoppelten Widerstand.
  • Bei jedem der Beispiele kann durch die elektrische Kopplung der Lichtmaschinen-Feldspule mit dem DC/DC-Wandler (oder einer zweiten Batterie) eine geregelte Ausgangsleistung zur Lichtmaschinen-Feldspule sichergestellt werden und dadurch die Lichtmaschinen-Feldspule von den Wirkungen des Batteriezerfalls oder -alterns gepuffert werden. Auf diese Weise, mit der Lichtmaschinen-Feldspule, die elektrisch von der Batterie durch den DC/DC-Wandler (oder der zweiten Batterie) gepuffert ist, kann die Regelung eines an der Lichtmaschinen-Feldspule angelegten Stroms verbessert werden. Als solches kann durch die Verbesserung der Regelung des Lichtmaschinen-Feldspulenstroms eine vorhersehbarere und steuerbarere Last am Motor durch die Lichtmaschine während eines Motorstarts angelegt werden. Wie näher ausgeführt in den 6 & 7, kann ein Controller basierend auf Motorbetriebszuständen während eines Motorstarts einen konsistenteren Betrag an Last am Motor bereitstellen. Um alternativ ein gewünschtes Motorstartdrehzahlprofil zu erreichen, kann der Controller konfiguriert sein, einen an der Lichtmaschinen-Feldspule angelegten Strom zu variieren, um dadurch die mechanische Belastung anzupassen, die am Motor während des Motorstarts angelegt wird.
  • Weiterführend beschreibt 8 ein beispielhaftes Verfahren 800 für das selektive Abstellen und Neustarten eines Motors einschließlich der Motorstartsysteme der 2-7. Deshalb ist das Verfahren von 8 geeignet, um die Lichtmaschinenerregerfeldspannung oder den Lichtmaschinenerregerfeldstrom zu steuern.
  • Bei 802 können die Leerlauf-Stoppbedingungen bestätigt werden. Diese können beispielsweise das Verifizieren, dass der Motor arbeitet (z. B. die Verbrennung ausführt), dass der Ladezustand der Batterie höher ist als ein Schwellenwert (z. B. mehr als 30 %), die Fahrzeuggeschwindigkeit sich innerhalb eines gewünschten Bereichs befindet (z. B. nicht mehr als 30 mph (ca. 48 km/h), eine Klimatisierung nicht gewünscht wird, die Motortemperatur sich innerhalb eines ausgewählten Temperaturbereichs befindet, ein Start vom Fahrer nicht angefordert worden ist, das vom Fahrer angeforderte Drehmoment kleiner als ein festgelegter Schwellwert ist, das Bremspedal gedrückt wurde usw. umfassen. Als solches können irgendwelche oder alle der Leerlauf-Stoppbedingungen erfüllt sein, um eine Leerlauf-Stoppbedingung zu bestätigen.
  • Wenn die Leerlauf-Stoppbedingungen nicht erfüllt sind, kann das Verfahren enden. Wenn jedoch irgendeine oder alle Leerlauf-Stoppbedingungen erfüllt sind, dann kann bei 804 der Controller die Ausführung eines Leerlauf-Stoppbetriebs einleiten und fortfahren, den Motor zu deaktivieren. Als solches kann dies das Abstellen von Kraftstoff und/oder von Zündfunken zum Motor umfassen. Weiter kann während des Motorstopps der zur Lichtmaschinen-Feldspule zugeführte Strom angepasst werden, um die Motorlage beim Stopp zu steuern. Wenn beispielsweise sich die Motordrehzahl Null nähert und die Motorlage sich nahe einer gewünschten Stoppposition befindet, kann der zur Lichtmaschinen-Feldspule zugeführte Feldstrom erhöht werden, sodass der Motor nahe der gewünschten Motorstoppposition schneller stoppt. Wenn andererseits sich die Motordrehzahl Null nähert und die Motordrehzahl sich entfernt von einer gewünschten Motorstoppposition befindet, kann der Lichtmaschinenerregerfeldstrom verringert werden, sodass der Motor für einen längeren Zeitraum dreht, damit der Motor näher an der gewünschten Motorlage stoppt.
  • Bei 806 können die Wiederanlaufbedingungen bestätigt werden. Diese können beispielsweise umfassen, zu verifizieren, dass der Motor im Leerlauf-Stopp ist (z. B. die Verbrennung nicht ausführt), der Ladezustand der Batterie kleiner als ein Schwellenwert ist (z. B. kleiner als 30 %), die Fahrzeuggeschwindigkeit sich innerhalb eines gewünschten Bereiches befindet (z. B. kleiner als 30 mph), die Klimatisierung gewünscht ist, ein Starten vom Fahrer nicht angefordert wurde, das vom Fahrer angeforderte Drehmoment ist größer als ein festgelegter Schwellenwert, das Bremspedal ist gelöst worden usw. Wenn die Wiederanlaufbedingungen nicht erfüllt sind, dann kann bei 808 der Motor dann im Leerlauf-Stopp aufrechterhalten werden, bis die Wiederanlaufbedingungen erfüllt sind.
  • Wenn die Wiederanlaufbedingungen erfüllt sind, dann können die Motorbetriebszustände (z. B. Motordrehzahl, vom Fahrer angefordertes Drehmoment, Batteriespannung, Atmosphärendruck usw.) bei 810 bestimmt werden. Die Motorbetriebszustände können durch Sensoren oder Berechnungen bestimmt werden.
  • Bei 812 beurteilt das Verfahren 800, ob die Lichtmaschinenerregerfeldspannung oder der Lichtmaschinenerregerfeldstrom dynamisch während eines Motorstarts gesteuert werden soll. Die Lichtmaschinenerregerfeldspannung kann durch eine Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung angepasst werden (z. B. wie beschrieben in 2-6) während der Lichtmaschinenerregerfeldstrom durch einen Stromregelungstransistor angepasst werden kann (z. B. 7) oder durch Anpassung der Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung als Reaktion auf den gemessenen Strom und einen Spannungsbefehl, der einen Lichtmaschinen-Feldspulenstrom repräsentiert (z. B. 6). Wenn dies so ist, geht Verfahren 800 zu 816 über. Wenn nicht, wird der Lichtmaschinenerregerfeld-Spannungsbefehl auf eine Konstante gesetzt und durch die Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung wie beispielsweise 210 der 2-5 gesteuert und Verfahren 800 geht zu 814 über.
  • Bei 814 passt das Verfahren 800 einen Motordrehmomentaktor an, um das Motordrehmoment während eines Motorstarts zu steuern. Deshalb wird die Motordrehzahl während eines Motorstarts über Motordrehmomentaktoren und über Strom gesteuert, der einer Lichtmaschinen-Feldspule durch eine im Wesentlichen konstante Spannungsquelle zugeführt wird. Bei einigen Beispielen kann ein Motordrehmomentaktor eine Drosselklappe sein. Bei anderen Beispielen kann ein Motordrehmomentaktor eine Zündzeitpunktverstellung oder ein Einspritzzeitpunkt sein. Bei anderen Beispielen kann eine Kombination von Drehmomentaktoren, die aus einer Gruppe von Drehmomentaktoren ausgewählt wurden, einschließlich der Kraftstoffeinspritzung, Zündzeitpunktverstellung und Drosselklappe angepasst werden, um die gewünschte Motordrehzahl bereitzustellen. Das Verfahren 800 endet, nachdem die Motordrehmomentaktoren angepasst sind.
  • Bei 816 kann basierend auf den Motorbetriebszuständen ein Motorstartprofil ausgewählt werden. Bei einem Beispiel ist das Motorstartprofil ein Motorstartdrehzahlprofil. Das Motorstartdrehzahlprofil kann auf der Zeit oder der Anzahl an Verbrennungsvorgängen beruhen. Beispielsweise kann das Motorstartdrehzahlprofil eine Funktion sein, die eine Motordrehzahl für jeden Motorzylinder-Verbrennungsvorgang bis zu einer bestimmten Anzahl an Verbrennungsvorgängen ausgibt. Ähnlich kann das Motorstartdrehzahl-Profil eine Funktion sein, die eine Motordrehzahl zu festgelegten Zeiten während eines Motorstarts ausgibt. Das Startprofil ist die Last, die die Lichtmaschine dem Motor während eines Motorstarts bereitstellt. Bei 818 kann ein Motoranlasser, der von einer Systembatterie mit Energie versorgt wird, betrieben werden, um den Motor zu starten.
  • Bei 820 kann eine Lichtmaschinen-Feldspulenstrom- oder - spannungseinstellung bestimmt werden, die erforderlich ist, um das ausgewählte Motorstartprofil zu erreichen. Bei einem Beispiel kann ein Lichtmaschinen-Feldspulenstrom- oder -spannungsverlauf basierend auf dem ausgewählten Motorstartprofil bestimmt werden. Beispielsweise kann bei einem ersten Motorzylinder-Verbrennungsvorgang der Lichtmaschinen-Feldspulenstrom- oder - spannungsverlauf nach 2,0 Ampere Lichtmaschinen-Feldspulenstrom oder 6 Volt verlangen. Bei einem fünften Motorzylinder-Verbrennungsvorgang kann das Lichtmaschinen-Feldspulenstromprofil nach 2,2 Ampere Lichtmaschinen-Feldspulenstrom oder 6,5 Volt verlangen. Ähnlich können Lichtmaschinenerregerfeldstrom- oder -spannungsbefehle zu festgelegten Zeiten während eines Motorstarts herausgegeben werden. Auf diese Weise wird der Lichtmaschinenerregerfeldstrom- oder die Lichtmaschinenerregerfeldspannung durch einen Feedforward-Strom- oder Spannungsbefehl gesteuert.
  • Bei 822 kann ein Lichtmaschinen-Feldspuleneingangsstrom oder eine Lichtmaschinen-Feldspuleneingangsspannung an der Lichtmaschinen-Feldspule angelegt werden. Der Eingabefeldstrom oder die Eingabefeldspannung entspricht einer gewünschten Last, welche die Lichtmaschine am Motor durch die Lichtmaschinen-Rotorachse anlegt. Um den Lichtmaschinen-Feldspuleneingangsstrom oder die -spannung anzulegen, kann in einem Beispiel ein Controller 40 eine Spannung ausgeben, die einem gewünschten Lichtmaschinenerregerfeldstrom oder einer Spannung entspricht (z. B. siehe Controller 40 und Verstärker 608 von 6). Weiter kann der Spannungsausgang durch den Controller 40 für Änderungen im Motordrehmoment angepasst werden, die mit der Höhe verbunden sind. Beispielsweise kann der Controller 40 den Lichtmaschinenerregerfeldstrom oder die Spannung reduzieren, wenn der Motor bei größeren Höhen betrieben wird, wo weniger Luft für Motorzylinder während eines Startens verfügbar ist. Bei anderen Beispielen, bei denen der Lichtmaschinenerregerfeldstrom oder die -spannung nicht direkt durch einen Controller-Spannungsausgang gesteuert wird, bestimmt die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers 212 und der Scheinwiderstand der Lichtmaschinen-Feldspule 208 den Lichtmaschinenerregerfeldstrom.
  • Das Anlegen einer gewünschten Last am Motor durch die Lichtmaschine kann beispielsweise bei 824 umfassen, im Wesentlichen eine Lichtmaschinenerregerfeldspannung aufrechtzuerhalten, um eine mechanische Belastung zu steuern, die am Motor durch die Lichtmaschine angelegt wird. Als solches kann das im Wesentlichen das Aufrechterhalten einer Spannung umfassen, die an der Lichtmaschinen-Feldspule bei einem im Wesentlichen konstanten Wert während eines Motorstarts angelegt wird. Das Verfahren 800 geht nach 824 zu 814 über, wenn eine Konstantspannung an der Lichtmaschinen-Feldspule ohne Lichtmaschinenerregerfeld-Stromregelung angelegt wird.
  • Bei einem weiteren Beispiel kann bei 828 das Anlegen einer gewünschten Last am Motor durch die Lichtmaschine die Anpassung einer Last umfassen, die am Motor durch eine Lichtmaschine durch Anpassung des Lichtmaschinen-Feldspulenstroms oder der Lichtmaschinen-Feldspulenspannung angelegt wird. Als solches kann dies das Variieren eines Stroms oder einer Spannung umfassen, die an der Lichtmaschinen-Feldspule angelegt wird, um die Motordrehzahl während des Motorstarts zu steuern. Bei einem Beispiel kann der Controller das aktuelle Motorstartprofil überwachen, und basierend auf einer Abweichung des überwachten Motorstartprofils vom gewünschten Startprofil kann der Controller einen Lichtmaschinen-Feldspulenstrom oder eine Spannung anpassen, wodurch eine am Motor angelegte Last angepasst wird. Bei einem weiteren Beispiel kann der Feldspulenstrom oder die Spannung als Reaktion auf eine Anzahl an Verbrennungsvorgängen seit dem Motorstart variiert werden. Bei einem weiteren Beispiel kann der Feldspulenstrom oder die Spannung weiter als Reaktion auf die Lichtmaschinen-Winkelgeschwindigkeit angepasst werden. Der Feldspulenstrom oder die Spannung kann weiter noch als Reaktion auf den Atmosphärendruck angepasst werden. Die Abweichung kann beispielsweise das Erhöhen des angelegten Stroms oder der angelegten Spannung umfassen, während der Atmosphärendruck sich erhöht.
  • Durch Anpassung einer Last, die am Motor durch die Lichtmaschine angelegt wird, kann ein Strom oder eine Spannung, die durch die Lichtmaschinen-Ankerwicklungen einem Hilfssystem, wie beispielsweise einem Lenkhilfesystem zugeführt wird, auch während des Motorstarts gesteuert werden. Beispielsweise kann Lichtmaschinenerregerfeld-Strom oder -Spannung zu einer Zeit erhöht werden, die wünschenswert ist, um dem Fahrer eine verstärkte Lenkhilfe bereitzustellen. Als solches kann das die Ansprechzeit des Lenkhilfesystems verbessern. Das Verfahren 800 geht nach 828 zu 814 über, wenn eine Lichtmaschinen-Feldspulenstrom- oder - spannungsregelung implementiert ist.
  • Durch die elektrische Pufferung einer Lichtmaschinen-Feldspule von einer Systembatterie, die verwendet wird, um den Motor über eine Stromquelle anzulassen (wie beispielsweise einen DC/DC-Wandler oder eine zweite Systembatterie), kann die Lichtmaschinen-Feldspule weniger durch einen Spannungsabfall und einer damit verbundenen Feldspulenstromabweichung beeinflusst sein, die sich aus der Batteriealterung oder dem Batterieabbau während eines Motorstarts ergibt. Durch das Aktivieren einer Lichtmaschinen-Feldspulenschaltungseingangsspannung oder eines Lichtmaschinen-Feldspulenstroms, die während eines Motorstarts zu steuern sind, kann eine mechanische Lichtmaschinenbelastung, die an einem Motor während eines Motorstarts angelegt wird, besser gesteuert werden. Dementsprechend kann das Steuern der Motordrehzahl während des Startens verbessert werden.
  • Daher stellt das Verfahren von 8 ein Verfahren zur Steuerung der Motordrehzahl bereit, das umfasst: während eines Motorstarts, das elektrische Puffern einer Feldspule einer Lichtmaschine von einer Batterie, die einen Motoranlasser mit Energie versorgt; und das Variieren einer elektrischen Eigenschaft, die der Feldspule zugeführt wird, um die Motordrehzahl während des Motorstarts zu steuern, wobei die der Feldspule zugeführte elektrische Eigenschaft durch eine im Wesentlichen konstante Spannungsquelle zugeführt wird. Das Verfahren umfasst die elektrische Eigenschaft, welche ein Strom oder eine Durchschnittsspannung ist. Das Verfahren umfasst die elektrische Eigenschaft, die weiter als Reaktion auf einen Atmosphärendruck variiert wird, und das Variieren der elektrischen Eigenschaft einschließlich des Erhöhens der an der Lichtmaschinen-Feldspule angelegten elektrischen Eigenschaft, während sich der Atmosphärendruck erhöht. Das Verfahren umfasst weiter das Steuern eines Stroms, der von der Lichtmaschine einem Lenkhilfesystem während des Motorstarts zugeführt wird. Das Verfahren umfasst die elektrische Pufferung der Feldspule, die das Öffnen eines Schalters umfasst, um das Umgehen eines DC/DC-Wandlers zu vermeiden, der konfiguriert ist, der Feldspule einen geregelten Spannungsausgang bereitzustellen.
  • Das Verfahren von 8 umfasst ein Verfahren zum Betrieb eines Motors, das umfasst:
    • während eines Motorstarts eine elektrische Eigenschaft anzupassen, die einer Lichtmaschinen-Feldspule als Reaktion auf ein ausgewähltes Motorstartdrehzahlprofil zugeführt wird, wobei die Lichtmaschinen-Feldspule elektrisch mit einem Ausgang eines DC/DC-Wandlers während des Motorstarts gekoppelt ist, und wobei der DC/DC-Wandler mindestens teilweise durch eine Batterie mit Energie versorgt und die Lichtmaschinen-Feldspule elektrisch von der Batterie über den DC/DC-Wandler gepuffert wird. Das Verfahren umfasst die der Lichtmaschinen-Feldspule zugeführte elektrische Eigenschaft, die eine Spannung ist, und wobei die elektrische Eigenschaft weiter als Reaktion auf die Lichtmaschinen-Winkelgeschwindigkeit angepasst wird. Das Verfahren umfasst, dass die elektrische Eigenschaft, die der Lichtmaschinen-Feldspule zugeführt wird, ein Strom ist, und wobei der zur Lichtmaschinen-Feldspule zugeführte Strom durch einen Transistor angepasst wird, und wobei der Transistor durch einen Differentialverstärker gesteuert wird.
  • Das Verfahren von 8 umfasst auch ein Verfahren, um ein Fahrzeugsystem zu steuern, einschließlich eines Motors, der selektiv während Leerlauf-Stoppbedingungen abgestellt wird, umfassend: Während eines Motorstarts, das elektrische Puffern einer Lichtmaschinen-Feldspulenschaltung einer Lichtmaschine von einer Batterie, die einen Anlasser mit Energie versorgt; und das Aufrechterhalten einer Lichtmaschinen-Feldspulenschaltungseingangsspannung, um eine Last zu steuern, die am Motor durch einen Lichtmaschinen-Rotor angelegt wird. Das Verfahren umfasst weiter das Umgehen der elektrischen Pufferung des Feldspulenerregerkreises der Lichtmaschine, nachdem eine Spannung an der Batterie größer ist als eine Schwellenspannung. Das Verfahren umfasst das Aufrechterhalten der Lichtmaschinen-Feldspulenschaltungs-Eingangsspannung, die das Aufrechterhalten der Lichtmaschinen-Feldspulenerregungs-Eingangsspannung durch einen DC/DC-Wandler umfasst. Das Verfahren umfasst, dass die elektrische Pufferung über einen Schalter erfolgt.
  • Es ist zu beachten, dass die beispielhaften Steuerungs- und Einschätzungsverfahren, die hier enthalten sind, mit verschiedenen Systemkonfigurationen verwendet werden können. Die speziellen hier beschriebenen Verfahren können eine oder mehrere von irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie beispielsweise ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multi-Tasking, Multithreading und Ähnliche repräsentieren. Als solche können verschiedene der dargestellten Aktionen, Operationen oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel ausgeführt oder mitunter ausgelassen werden. Ebenfalls ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Beispiele zu erreichen, sondern sie ist zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung gewählt. Eine oder mehrere der dargestellten Aktionen oder Funktionen kann/können je nach der angewendeten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Weiterhin können die beschriebenen Aktionen grafisch einen Code repräsentieren, der in ein computerlesbares Speichermedium im Motorsteuerungssystem einprogrammiert werden soll.
  • Es ist offensichtlich, dass die Konfigurationen und Verfahren, die hier offenbart werden, in der Art beispielhaft sind, und dass diese speziellen Beispiele nicht in einem begrenzenden Sinn zu betrachten sind, da es zahlreiche Variationen geben kann. Beispielsweise kann die oben genannte Technologie auf V6, I4, I6, V12, 4-Zylinder Boxermotoren und andere Motortypen angewandt werden. Die folgenden Ansprüche können „ein“ Element oder „ein erstes“ Element davon bezeichnen. Diese Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbindung von einem oder mehrerer solcher Elemente umfassen und weder zwei oder mehr solcher Elemente erfordern noch sie ausschließen.

Claims (10)

  1. Ein System, um die Motordrehzahl während eines Motorstarts zu steuern, umfassend: einen Motor; eine erste Batterie in elektrischer Kommunikation mit einem Motoranlasser während eines Motorstarts; eine mit dem Motor mechanisch gekoppelte Lichtmaschine, wobei die Lichtmaschine eine Feldspulenerregungsschaltung aufweist, die elektrisch von der ersten Batterie während eines Motorstarts gepuffert wird, und wobei die Feldspulenerregungsschaltung in elektrischer Kommunikation mit einer anderen Stromquelle als der ersten Batterie während des Motorstarts ist; und ein Controller, um die Stärke eines Magnetfeldes zu variieren, das durch eine Feldspule durch Anpassung eines Eingangs der Feldspulenerregungsschaltung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller konfiguriert ist, um Eingaben vom Motor zu empfangen und dementsprechend eine mechanische Belastung anzupassen, die am Motor durch die Lichtmaschine angelegt wird, indem die Spannung oder der Strom, der der Lichtmaschinen-Feldspule zugeführt wird, angepasst wird.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Stromquelle eine zweite Batterie ist.
  3. System nach Anspruch 1, wobei die Stromquelle ein DC/DC-Wandler ist, und wobei der DC/DC-Wandler elektrisch die Feldspule von der ersten Batterie während des Motorstarts puffert.
  4. System nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Schaltung, um die Stärke des Magnetfeldes zu variieren, wobei die Schaltung einen Differentialverstärker umfasst und der Controller weiter Anweisungen umfasst, um die Lichtmaschinenerregerfeld-Spulenspannung während des Motorstarts durch Anpassung eines Ausgangs des Differentialverstärkers zu variieren.
  5. System nach Anspruch 1, wobei der Controller Anweisungen umfasst, um die Lichtmaschinen-Feldspulendurchschnittsspannung während des Motorstarts zu variieren, um eine Belastung zu variieren, die von der Lichtmaschine an den Motor während des Motorstarts bereitgestellt wird.
  6. System nach Anspruch 5, wobei die Lichtmaschinen-Feldspulendurchschnittsspannung als Reaktion auf eine Anzahl an Verbrennungsvorgängen seit dem Motorstopp angepasst wird.
  7. System nach Anspruch 6, wobei die Lichtmaschinen-Feldspulendurchschnittsspannung weiter als Reaktion auf einen Atmosphärendruck oder Motorverschleiß angepasst wird.
  8. System nach Anspruch 7, wobei die Anpassung der Lichtmaschinen-Feldspulendurchschnittsspannung das Verringern der Lichtmaschinen-Feldspulendurchschnittsspannung umfasst, die an der Feldspule angelegt wird, während der Atmosphärendruck zunimmt.
  9. System nach Anspruch 5, wobei der Controller weitere Anweisungen zur selektiven Abschaltung des Motors während Leerlauf-Stoppbedingungen und zum selektiven Neustart des Motors während Wiederanlaufbedingungen umfasst.
  10. System nach Anspruch 5, wobei der Controller weitere Anweisungen umfasst, um die Lichtmaschinen-Feldspulendurchschnittsspannung während eines Motorstopps anzupassen, um die Motorlage zu steuern.
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