DE102012214069B4

DE102012214069B4 - Verfahren und vorrichtung zum bewerten eines startsystems für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102012214069B4
Application number: DE102012214069.7A
Authority: DE
Inventors: Kwang-Keun Shin; Mutasim A. Salman
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-08-15
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2032-08-09
Also published as: US20130046435A1; CN102953890B; DE102012214069A1; CN102953890A; US8818611B2

Abstract

Verfahren zum Bewerten eines Startsystems für eine Brennkraftmaschine, wobei das Startsystem einen Startermotor und eine Batterie umfasst, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Fehler detektiert wird, der mit dem Startermotor verbunden ist, wenn eine minimale Startsystemspannung während eines Ankurbelereignisses größer als ein minimaler Schwellenwert für die Startsystemspannung ist, der in Bezug auf einen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter bestimmt wird; und ein Fehler detektiert wird, der mit der Batterie verbunden ist, wenn der Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter kleiner als ein minimaler Schwellenwert für den Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Startsysteme für Brennkraftmaschinen.
HINTERGRUND
Elektrische Fahrzeugsysteme umfassen elektrische Maschinen, z. B. Motoren und Zubehörantriebsvorrichtungen, die elektrische Leistung von Energiespeichervorrichtungen, z. B. Batterien, empfangen und durch Signale gesteuert werden, die von Steuermodulen und anderen Steuervorrichtungen und Logikschaltungen stammen. Eine elektrische Schaltung ist ein Startsystem, das einen elektrisch betriebenen Startermotor enthält, der eine Brennkraftmaschine dreht, wenn er mit einem Zündschalter aktiviert wird. Steuermodule werden elektrisch mit Leistung versorgt und funktionieren in der beabsichtigten Arbeitsweise nur dann, wenn eine elektrische Leistung größer als eine minimale Betriebsspannung für integrierte Schaltungen und andere Komponenten derselben sind, z. B. 5 V DC.
Startsystemfehler können einen Kraftmaschinenankurbelfehler verursachen, der zu einem Ereignis mit einer nicht startenden Kraftmaschine führt. Bekannte Startsystemfehler umfassen Fehler, die mit einem Startermotor verbunden sind, und einen Batteriefehler, der einen niedrigen Ladezustand oder einen niedrigen Leistungsfähigkeitszustand umfassen kann. Ein Batteriefehler kann durch einen Anstieg beim Innenwiderstandswert der Batterie angezeigt werden.
Während eines Kraftmaschinenstartereignisses kann die Leistungsentnahme durch einen Startermotor verursachen, dass die Batteriespannung und die Systemspannung unter eine Minimalspannung für einen Kraftmaschinenstart fallen. Die Minimalspannung für einen Kraftmaschinenstart ist größer als eine minimale Betriebsspannung für die integrierten Schaltungen der Steuermodule.
Die US 2007/0 227 237 A1 offenbart ein Verfahren zum Bewerten eines Startsystems für eine Brennkraftmaschine, das einen Startermotor und eine Batterie umfasst, wobei das Verfahren einen Fehler beim Startermotor in Abhängigkeit von der Leistung detektiert, die während eines Ankurbelereignisses vom Startermotor verbraucht wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Startsystem für eine Brennkraftmaschine umfasst einen Startermotor und eine Batterie. Ein Verfahren zum Bewerten des Startsystems umfasst, dass ein Fehler detektiert wird, der mit dem Startermotor verbunden ist, wenn eine minimale Startsystemspannung während eines Ankurbelereignisses größer als ein minimaler Schwellenwert für die Startsystemspannung ist, der in Bezug auf einen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter bestimmt wird, und dass ein Fehler detektiert wird, der mit der Batterie verbunden ist, wenn der Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter kleiner als ein minimaler Schwellenwert für den Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun anhand von Beispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine beispielhafte Brennkraftmaschine, die ein Startsystem und ein Steuersystem gemäß der Offenbarung enthält, darstellt;
2 Batteriespannungsdaten darstellt, die mit dem Ankurbeln einer beispielhaften Brennkraftmaschine gemäß der Offenbarung verbunden sind;
3 Kraftmaschinendrehzahldaten darstellt, die mit dem Ankurbeln einer beispielhaften Brennkraftmaschine gemäß der Offenbarung verbunden sind;
4 eine minimale Batteriespannung in Bezug auf einen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter für spezielle Werte eines Batterieinnenwiderstandswerts und eines Startermotorwiderstandswerts für eine beispielhafte Brennkraftmaschine gemäß der Offenbarung darstellt; und
5 ein Flussdiagramm eines Steuerschemas zum Bewerten eines Startsystems für eine beispielhafte Brennkraftmaschine gemäß der Offenbarung darstellt.
GENAUE BESCHREIBUNG
Mit Bezug nun auf die Zeichnungen, in denen das Gezeigte nur zum Zweck der Darstellung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht zum Zweck des Begrenzens derselben gedacht ist, zeigt 1 auf schematische Weise eine Brennkraftmaschine 10, die ein Startsystem 12 und ein Steuersystem 50 enthält. Das Startsystem 12 umfasst vorzugsweise einen Kraftmaschinenstartermotor 16, einen Zündschalter 14 und eine Batterie 20. Bei einer Ausführungsform ist die Brennkraftmaschine 10 ein Element eines Antriebsstrangsystems, das in einem Fahrzeug verwendet wird.
Die Kraftmaschine 10 setzt durch einen Verbrennungsprozess Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank gespeichert ist, in mechanische Leistung um. Die Kraftmaschine 10 ist eine beliebige Brennkraftmaschine und kann eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung sein.
Die Kraftmaschine 10 ist mit mehreren Stellgliedern und Erfassungsvorrichtungen zum Überwachen des Betriebs und zum Liefern von Kraftstoff zum Ausbilden einer Verbrennungsladung ausgestattet, um ein Drehmoment zu erzeugen, das auf eine Bedienerdrehmomentanforderung anspricht. Bei einer Ausführungsform ist die Kraftmaschine 10 eine Funkenzündungskraftmaschine, die ausgestaltet ist, um in einem Funkenzündungsverbrennungsmodus zu arbeiten, wobei die Verbrennung von einem Funkenzündungssystem gesteuert wird, und sie kann einen Betrieb in einem Funkenzündungsverbrennungsmodus mit homogener Ladung umfassen. Alternativ kann die Kraftmaschine 10 eine Kompressionszündungskraftmaschine sein, die ausgestaltet ist, um in einem Kompressionszündungsverbrennungsmodus zu arbeiten, wobei die Verbrennung durch eine zeitliche Steuerung des eingespritzten Kraftstoffs gesteuert wird. Kraftmaschinenstellglieder umfassen vorzugsweise Kraftstoffeinspritzventile, Luftströmungscontroller, Funkenzündungssysteme bei Kraftmaschinen, die damit ausgestattet sind, und andere Vorrichtungen, die mit dem Steuern des Kraftmaschinenbetriebs zur Steuerung der zuvor erwähnten Kraftmaschinenzustände verbunden sind. Kraftmaschinenerfassungsvorrichtungen umfassen vorzugsweise einen Kühlmitteltemperatursensor oder eine andere Vorrichtung zum Überwachen einer Kraftmaschinetemperatur 15 und einen Kurbelwellenpositionssensor 18, der ausgestaltet ist, um eine Drehzahl 17 der Kraftmaschine 10 zu überwachen.
Die Batterie 20 kann eine beliebige elektrische Energiespeichervorrichtung sein und ist bei einer Ausführungsform eine Niederspannungs-Bleisäurebatterie mit mehreren Zellen. Überwachte Parameter der Batterie 20 umfassen eine Batterietemperatur 25, eine Batteriespannung 27 und einen Batteriestrom 29, aus denen ein Batterieladezustandsparameter (SOC-Parameter) und ein Leistungsfähigkeitszustandsparameter (SOH-Parameter) bestimmt werden können, wie dem Fachmann bekannt ist. Das Steuersystem 50 ist ausgestaltet, um den SOC-Parameter unter Verwendung von Informationen, welche die Batteriespannung 27 und den Batteriestrom 29 umfassen, zu bestimmen. Das Steuersystem 50 ist ausgestaltet, um den SOH-Parameter unter Verwendung von Informationen zu bestimmen, die einen Innenwiderstandswert der Batterie 20 umfassen, der unter Verwendung von Berechnungen und Kalibrierungen bestimmt werden kann, wie hier mit Bezug auf 4 beschrieben ist.
Es ist festzustellen, dass eine Informationsübertragung an das und von dem Steuersystem 50 unter Verwendung einer oder mehrerer Kommunikationsstrecken durchgeführt werden kann, z. B. eines Kommunikationsbusses 30, der eine Direktverbindung und/oder einen lokalen Netzwerkbus und/oder einen seriellen Peripherieschnittstellenbus umfassen kann.
Der Startermotor 16 kann eine beliebige Kraftmaschinenankurbelvorrichtung umfassen und ist bei einer Ausführungsform ein DC-Permanentmagnet-Elektromotor mit einem daran angebrachten Startersolenoid. Bei einer derartigen Ausführungsform umfasst eine Drehwelle des Startermotors 16 ein bewegliches Antriebsritzel, das zum kämmenden Eingriff mit einem Starterhohlrad ausgestaltet ist, welches an einer Kurbelwelle der Kraftmaschine 10 angebracht ist, wenn das Startersolenoid während eines Ankurbelereignisses aktiviert wird. Wenn der Zündschalter 14 aktiviert wird, wird elektrischer Strom an das Startersolenoid geliefert, um zu bewirken, dass das bewegliche Antriebsritzel in einen kämmenden Eingriff mit dem Starterhohlrad tritt, das an der Kurbelwelle der Kraftmaschine 10 angebracht ist, und dass elektrischer Strom zum Drehen des Startermotors 16 geliefert wird, wodurch die Kraftmaschine 10 gedreht wird.
Der Zündschalter 14 ist ausgestaltet, um ein Ankurbelereignis durch das elektrische Verbinden des Kraftmaschinenstartermotors 16 mit der Batterie 20 in Ansprechen auf einen Schlüsseleinschaltbefehl eines Bedieners oder in Ansprechen auf einen Autostartbefehl einzuleiten. Es ist festzustellen, dass die Kraftmaschinendrehzahl 0 U/min beträgt, d. h. dass sich die Kraftmaschine in einem gestoppten Zustand befindet und sich nicht dreht, bevor das Ankurbelereignis eingeleitet wird. Ein Kraftmaschinenstartereignis durch Einschalten mit einem Schlüssel wird in Ansprechen auf einen Schlüsseleinschaltbefehl eines Bedieners für den Zündschalter 14 ausgeführt, beispielsweise, wenn ein Bediener in ein Fahrzeug einsteigt, um mit einer Fahrt zu beginnen. Es ist festzustellen, dass ein Kraftmaschinenstartereignis durch Einschalten mit einem Schlüssel ein Fernstartereignis und andere ähnliche Operationen umfasst. Ein Kraftmaschinenstartereignis durch einen Autostart wird in Ansprechen auf einen Befehl vom Steuersystem 50 ausgeführt, um den Zündschalter 14 zu aktivieren, zum Beispiel im Anschluss an einen Autostopp-Befehl während eines fortlaufenden Fahrzeugbetriebs.
Das Steuersystem 50 ist ausgestaltet, um den Betrieb der Kraftmaschine 10 während jedes Kraftmaschinenstartereignisses, das ein zugehöriges Ankurbelereignis umfasst, zu steuern. Ein Kraftmaschinenstartereignis umfasst eine gleichzeitig ausgeführte Kraftstoffzufuhr und Funkenzündung für die Kraftmaschine (bei Funkenzündungskraftmaschinen). Jedes Ankurbelereignis umfasst vorzugsweise einen Befehl zum Starten der Kraftmaschine 10, wobei der Zündschalter 14 aktiviert wird, um den Startermotor 16 mit der Batterie 20 elektrisch zu verbinden, was veranlasst, dass sich der Startermotor 16 dreht. Das Steuersystem 50 steuert gleichzeitig die Kraftstoffzufuhr und Funkenzündung für die Kraftmaschine (bei Funkenzündungskraftmaschinen), um die Kraftmaschine 10 zu starten, indem es andere Kraftmaschinensteuerfunktionen mit Bezug auf die Kraftstoffzufuhr und die Zündung der Kraftmaschine 10 ausführt.
2 zeigt auf graphische Weise Daten, die mit Ankurbelereignissen für eine Ausführungsform einer Brennkraftmaschine 10 verbunden sind, z. B. der Kraftmaschine 10 mit dem Startsystem 12, die mit Bezug auf 1 beschrieben ist. Eine Batteriespannung (V) 215 ist auf der Y-Achse gezeigt und eine vergangene Zeit (Sekunden) 205 ist auf der X-Achse gezeigt. Dargestellte Ereignisse umfassen die Batteriespannung während Kraftmaschineankurbelereignissen, die ein starkes Ankurbelereignis 210, ein mittleres Ankurbelereignis 220, ein schwaches Ankurbelereignis 230 und einen Ankurbelfehler 240 umfassen, welche alle bei einem Ankurbelaktivierungspunkt 225 eingeleitet wurden. Das starke Ankurbelereignis 210, das mittlere Ankurbelereignis 220 und das schwache Ankurbelereignis 230 sind relative Begriffe, die mit Bezug auf eine Kraftmaschinenbeschleunigung definiert sind, welche mit Bezug auf einen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter, der hier beschrieben wird, definiert ist. Der Ankurbelfehler 240 ist in Ankurbelereignis, das zu einem Ereignis ohne Start führt.
Wenn ein Betrieb des Startermotors 14 innerhalb von Herstellerspezifikationen liegt, kann ein Messwert einer minimalen Batteriespannung während des Ankurbelereignisses verwendet werden, um einen Funktionszustand (SOF) der Batterie 20 anzuzeigen. Eine relativ niedrige minimale Batteriespannung während des Ankurbelereignisses zeigt eine relativ geringe verfügbare Batterieleistung an. Eine relativ hohe minimale Batteriespannung während des Ankurbelereignisses zeigt eine relativ hohe verfügbare Batterieleistung an. Die Batterieleistung kann durch den SOC-Parameter und/oder den SOH-Parameter angegeben werden. Es ist festzustellen, dass die Batteriespannung leicht überwacht werden kann, z. B. als die Batteriespannung 27 der Batterie 20 für das System, das mit Bezug auf 1 dargestellt ist.
Eine Beziehung zwischen der minimalen Batteriespannung während eines Ankurbelereignisses und der Ausgangsspannung kann wie folgt ausgedrückt werden:
wobei

V_min: die minimale Startsystemspannung während eines Ankurbelereignisses ist und die minimale Batteriespannung widerspiegelt,
V₀: die statische Spannung der Batterie 20 ist und eine Batteriespannung vor einem Ankurbelereignis anzeigt,
R_m: ein elektrischer Widerstandswert des Startermotors 16 ist, und
R_b: ein elektrischer Innenwiderstandswert der Batterie 20 ist.

Tabelle 1 zeigt auf numerische Weise eine Analyse unter Verwendung von Gleichung 1 mit einem Startsystem, einem Batteriefehler, der durch einen erhöhten Zustand für R_b angezeigt wird, d. h. den Innenwiderstandswert der Batterie, und einem Startermotorfehler, der durch einen erhöhten Zustand für R_m angezeigt wird, d. h. den Widerstandswert des Startermotors. Tabelle 1

Parameter V₀ R_b R_m V_min

Funktionierendes System 12 V 5 mΩ 10 mΩ 8 V

Batteriefehler 12 V 10 mΩ 10 mΩ 6 V

Batterie- und Startermotorfehler 12 V 10 mΩ 20 mΩ 8 V
Die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen an, dass die minimale Startsystemspannung V_min während eines Ankurbelereignisses für ein funktionierendes System und für ein System, das sowohl einen Batteriefehler als auch einen Startermotorfehler aufweist, gleich ist. Folglich kann die Kombination eines Batteriefehlers mit einem Startermotorfehler von einem System, das die minimale Spannung während eines Ankurbelereignisses überwacht, maskiert bzw. nicht erkannt werden.
3 zeigt auf graphische Weise Daten, die mit dem Ankurbeln einer Brennkraftmaschine, z. B. der Kraftmaschine 10, die mit Bezug auf 1 beschrieben ist, verbunden sind. Eine Kraftmaschinendrehzahl (U/min) 315 ist auf der y-Achse gezeigt und die vergangene Zeit (Sekunden) 305 ist auf der x-Achse gezeigt. Ergebnisse umfassen die Kraftmaschinendrehzahl beim Ankurbeln der Kraftmaschine, die mit einem starken Ankurbelereignis 310, einem mittleren Ankurbelereignis 320, einem schwachen Ankurbelereignis 330 und einem Ankurbelfehler 340 verbunden ist, welche jeweils bei einem Ankurbelaktivierungspunkt 325 entspringen und mit Bezug auf einen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter definiert sind.
Es ist ein Kraftmaschinendrehzahlschwellenwert 335 dargestellt und bei einer Ausführungsform auf 200 U/min voreingestellt. Ergebnisse umfassen vergangene Zeiten, bis die Kraftmaschinendrehzahl den Kraftmaschinendrehzahlschwellenwert 335 während eines Ankurbelns der Kraftmaschine erreicht, die mit dem starken Ankurbelereignis 310 (312), dem mittleren Ankurbelereignis 320 (322) und dem schwachen Ankurbelereignis 330 (332) verbunden sind. Wie festzustellen ist, erreicht die Kraftmaschinendrehzahl den Kraftmaschinendrehzahlschwellenwert 335 nicht, wenn ein Ankurbelfehler 340 vorliegt. Die vergangene Zeit für das starke Ankurbelereignis 310 (312) ist kleiner als die vergangene Zeit für das mittlere Ankurbelereignis 320 (322), welche kleiner als diejenige des schwachen Ankurbelereignisses 330 (332) ist.
Es wird der Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter bestimmt, der dem Ankurbeln der Kraftmaschine entspricht. Der Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter kann als ein Index eines Ankurbel-SOF bzw. Ankurbel-Funktionszustands verwendet werden, der vorzugsweise den Batterie-SOF und einen Startermotor-SOF umfasst. Begriffe, die SOF verwenden, zeigen die Fähigkeit einer Komponente oder eines Systems zum Durchführen der ihr bzw. ihm zugeordneten Funktion an, z. B. zum Ankurbeln einer Kraftmaschine.
Ein beispielhafter Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter ist ein durchschnittlicher Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter A₂₀₀, der berechnet wird, indem der Kraftmaschinendrehzahlschwellenwert 335 (z. B. 200 U/min) durch die Zeit dividiert wird, die vergeht, bis die Kraftmaschine den Kraftmaschinendrehzahlschwellenwert 335 (t₂₀₀) von einem nicht rotierenden Zustand oder 0 U/min erreicht, wie folgt. A₂₀₀ = 200/t₂₀₀ [2]
Der durchschnittliche Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter A₂₀₀ weist Einheiten von U/Sekunde² auf. Es ist festzustellen, dass in Abhängigkeit von speziellen Eigenschaften des Kraftmaschinenankurbelns für anders konfigurierte Kraftmaschinen und Startsysteme andere Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter berechnet werden können.
4 ist ein Graph 400, der die minimale Batteriespannung (V_min) 405 auf der y-Achse und den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter A₂₀₀ (U/Sekunde²) 415 auf der x-Achse zeigt. Aufgezeichnete Daten umfassen Ergebnisse, die für bekannte Werte des Batterieinnenwiderstandswerts R_b und des Startermotorwiderstandswerts R_m für eine Ausführungsform des Startsystems 12 und der Kraftmaschine 10 bei einzelnen bekannten Zuständen für die Umgebungstemperatur, die Batterietemperatur, die Kraftmaschinentemperatur und andere Parameter bestimmt wurden. Es ist festzustellen, dass es eine Vielzahl analoger Graphen für eine Ausführungsform des Startsystems 12 und der Kraftmaschine 10 geben kann, welche einen Betrieb bei anderen Umgebungstemperaturen, Batterietemperaturen, Kraftmaschinentemperaturen und anderen Parametern darstellen.
Eine algorithmische Kalkulationstabelle, die zum Ausführen von Gleichung 1 ausgestaltet ist, wird verwendet, um Größen der minimalen Startsystemspannung V_min für eine Vielzahl von Startermotorwiderstandswerten R_m, welche 100%, 120%, 140%, 160%, 180% und 200% eines Widerstandswerts eines funktionsfähigen neuen Startermotors umfassen, der bei einer Umgebungstemperatur, z. B. 20°C, gemessen wurde, und für eine Vielzahl von Batterieinnenwiderstandswerten R_b, die 100%, 140%, 180%, 220%, 260%, 300% und 340% einer funktionsfähigen neuen Batterie umfassen, die bei einer Umgebungstemperatur, z. B. 20°C bei der Ausgangsspannung der Batterie V₀ gemessen wurden, zu berechnen. Die Ausgangsspannung der Batterie V₀ ist eine erwartete statische Ausgangsspannung derselben und kann mit einer 12-Volt-Batterie, einer 42-Volt-Batterie oder einer anderen Batterie verbunden sein.
Ein Simulationsmodell des Startsystems 12 enthält kalibrierte Algorithmen, welche die Ausführungsform des Startsystems 12 und der Kraftmaschine 10 mathematisch beschreiben. Das Simulationsmodell des Startsystems 12 wird verwendet, um für die Vielzahl von Startermotorwiderstandswerten R_m, die 100%, 120%, 140%, 160%, 180% und 200% umfassen, und die Vielzahl von Batterieinnenwiderstandswerten R_b, die 100%, 140%, 180%, 220%, 260%, 300% und 340% umfassen, vorzugsweise bei der Ausgangsspannung der Batterie V₀ eine Zeit zu schätzen, die vergeht, bis die Kraftmaschinendrehzahl den Kraftmaschinendrehzahlschwellenwert (t₂₀₀) erreicht. Simulationsmodelle für Startsysteme sind bekannt und werden hier nicht beschrieben. Die Zeit, die vergeht, bis die Kraftmaschinendrehzahl den Kraftmaschinendrehzahlschwellenwert t₂₀₀ erreicht, wird verwendet, um den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter A₂₀₀ zu berechnen.
Linien 430, 432, 434, 436, 438 und 440 sind isometrische Linien für die Startermotorwiderstandswerte R_m von 100%, 120%, 140%, 160%, 180% bzw. 200%, welche entsprechende minimale Batteriespannungen V_min und durchschnittliche Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter A₂₀₀ über den Bereich der Batterieinnenwiderstandswerte R_b hinweg anzeigen.
Linien 450, 452, 454, 456, 458, 460 und 462 sind isometrische Linien für die Batterieinnenwiderstandswerte R_b von 100%, 140%, 180%, 220%, 260%, 300% bzw. 340%, welche entsprechende minimale Batteriespannungen V_min und durchschnittliche Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter A₂₀₀ über den Bereich der Startermotorwiderstandswerte R_m hinweg anzeigen.
Der Startermotor und die Batterie können durch gemessene Parameter während eines Startereignisses charakterisiert werden, welche die minimale Batteriespannung V_min und den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter A₂₀₀ umfassen. Eine erste Region 427 ist mit einem Batteriefehler verbunden und ist durch einen Bereich auf dem Graphen 400 skizziert, der kleiner als ein minimaler Schwellenwert A₂₀₀_th für den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter ist, der durch eine Schwellenwertlinie 417 über den Bereich von minimalen Batteriespannungen V_min hinweg angezeigt ist, und der kleiner als ein minimaler Schwellenwert für die Batteriespannung während eines Ankurbelereignisses in Bezug auf den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter A₂₀₀ (V_min_th(A₂₀₀)) ist, der durch eine Schwellenwertlinie 407 dargestellt ist. Der minimale Schwellenwert A₂₀₀_th für den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter, der durch die Schwellenwertlinie 417 angezeigt ist, ist bei einer Ausführungsform ein einziger Wert von 500 U/Sekunde² und zeigt eine Fähigkeit der Batterie zum Bereitstellen von elektrischer Leistung zum Ankurbeln der Kraftmaschine an. Der minimale Schwellenwert A₂₀₀_th für den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter, der durch die Schwellenwertlinie 417 angezeigt ist, kann von einem Fachmann so kalibriert werden, dass er einen Schwellenwert für eine spezielle Ausführungsform des Startsystems 12 und der Kraftmaschine 10 widerspiegelt.
Eine zweite Region 425 ist mit einem Startermotorfehler verbunden und ist durch einen Bereich auf dem Graphen 400 skizziert, der größer als ein minimaler Schwellenwert für die Batteriespannung während eines Ankurbelereignisses in Bezug auf den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter A₂₀₀ (V_min_th(A₂₀₀)) ist, der durch die Schwellenwertlinie 407 dargestellt ist. Die Schwellenwertlinie 407 entspricht bei einer Ausführungsform einem einzigen Wert des Startermotorwiderstandswerts R_m von 150% und zeigt eine Fähigkeit des Startermotors 16 zum Ankurbeln der Kraftmaschine 10 an. Der minimale Schwellenwert für die Batteriespannung während eines Ankurbelereignisses in Bezug auf den durchschnittlichen Kraftmaschinebeschleunigungsparameter A₂₀₀ (V_min_th(A₂₀₀)) kann von einem Fachmann so kalibriert werden, dass er einen Schwellenwert für eine spezielle Ausführungsform des Startsystems 12 und der Kraftmaschine 10 widerspiegelt.
5 stellt ein Flussdiagramm eines Steuerschemas 500 zum Bewerten eines Startsystems für eine Brennkraftmaschine dar, das einen Startermotor und eine Batterie umfasst, z. B. eine Ausführungsform des Startsystems 12 und der Kraftmaschine 10, die mit Bezug auf 1 beschrieben ist. Das Steuerschema 500 verwendet eine Ausführungsform des mit Bezug auf 4 gezeigten Graphen 400, der für die Ausführungsform des Startsystems 12 und der Kraftmaschine 10, die mit Bezug auf 1 beschrieben ist, hergeleitet wurde. Das Steuerschema 500 wird vorzugsweise im Steuermodul 50 als eine oder mehrere Routinen und zugehörige Kalibrierungen ausgeführt.
Steuermodul, Modul, Steuerung, Controller, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe bedeuten eine beliebige oder verschiedene Kombinationen aus einer oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), elektronischen Schaltungen, zentralen Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise Mikroprozessoren) und zugehörigem Arbeitsspeicher und Massenspeicher (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Speicher mit wahlfreiem Zugriff, Festplattenlaufwerk, usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme oder Routinen ausführen, kombinatorischen Logikschaltungen, Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Vorrichtungen, geeigneten Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bedeuten beliebige von einem Controller ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen umfassen. Das Steuermodul weist einen Satz von Steuerroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Routinen werden etwa von einer zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und werden betrieben, um Eingaben von Erfassungsvorrichtungen und anderen Netzwerksteuermodulen zu überwachen und um Steuerungs- und Diagnoseroutinen zur Steuerung des Betriebs von Stellgliedern auszuführen. Routinen können in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, zum Beispiel alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während eines fortlaufenden Betriebs der Kraftmaschine und des Fahrzeugs.
Das im Steuerschema 500 ausgeführte Verfahren wird ausgeführt, um ein Ankurbeln einer Kraftmaschine zu überwachen, um einen Fehler, der mit der Batterie 20 verbunden ist, zu detektieren und von einem Fehler zu unterscheiden, der mit dem Startermotor 16 verbunden ist, während verfügbare Parameter überwacht werden, welche die Kraftmaschinendrehzahl, die Ankurbelspannung und die vergangene Ankurbelzeit umfassen. So, wie es hier beschrieben ist, bewertet das Steuerschema 500 das mit Bezug auf 1 beschriebene Startsystem 12, indem es die Kraftmaschinendrehzahl, die vergangene Zeit und die Batteriespannung während eines Ankurbelns der Kraftmaschine ohne den Bedarf für zusätzliche Erfassungssysteme überwacht.

Tabelle 2 wird als ein Schlüssel bereitgestellt, wobei die numerisch beschrifteten Blöcke und die entsprechenden Funktionen wie folgt offengelegt sind. Tabelle 2

Fig. 5
BLOCK	BLOCKINHALTE
502	Kraftmaschinenstart ausführen
504	Ankurbelereignis ausführen
506	Tcool, N, SOC, Tbat, Vbat, Vmin, t₂₀₀ und t_crank überwachen
508	A₂₀₀ = 200/t₂₀₀ berechnen
510	Ist Vmin > Vmin_th(A₂₀₀)?
512	Ist A₂₀₀ > A₂₀₀_th?
514	Ist SOC_start < SOC_start(Tbat)?
516	Startermotorfehler detektieren
518	Niedrigen SOC detektieren
520	Batteriefehler detektieren
530	System funktioniert

Das Steuerschema 500 wird bei jedem Kraftmaschinenstartereignis ausgeführt. Auf einen Befehl zum Ausführen einen Kraftmaschinestartereignisses (502) hin wird ein Ankurbelereignis ausgeführt (504). Vor dem Ankurbelereignis beträgt die Kraftmaschinendrehzahl 0 U/min.
Während des Ankurbelereignisses werden Kraftmaschinen- und Systemparameter überwacht und diese umfassen die Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur (Tcool), die Kraftmaschinendrehzahl (N) in U/min, die Temperatur der Starterbatterie (Tbat), die Startsystemspannung (Vbat) einschließlich einer minimalen Startsystemspannung (Vmin), den Batterie-SOC und die vergangene Ankurbelzeit (T_crank), die eine bis zum Erreichen eines minimalen Kraftmaschinendrehzahlschwellenwerts vergangene Ankurbelzeit umfasst. Bei einer Ausführungsform ist die bis zum Erreichen eines minimalen Kraftmaschinendrehzahlschwellenwerts vergangene Ankurbelzeit mit einem minimalen Kraftmaschinendrehzahlschwellenwert von 200 U/min (t₂₀₀) verbunden (506). Der minimale Kraftmaschinendrehzahlschwellenwert kann auch auf eine andere Größe der Kraftmaschinendrehzahl gesetzt sein.
Unter Verwendung des minimalen Kraftmaschinendrehzahlschwellenwerts (200 U/min) und der vergangenen Zeit, bis die Kraftmaschinendrehzahl den Kraftmaschinendrehzahlschwellenwert t₂₀₀ während des Ankurbelereignisses erreicht, wird unter Verwendung der vorstehenden Gleichung 2 ein Wert für den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter A₂₀₀ berechnet (508).
Die minimale Startsystemspannung wird mit einem minimalen Schwellenwert für die Startsystemspannung verglichen, der vorzugsweise in Bezug auf den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter bestimmt wird (ist Vmin > Vmin_th(A₂₀₀)?) (510). Der minimale Schwellenwert für die Startsystemspannung, der in Bezug auf den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter bestimmt wird (Vmin_th(A₂₀₀)), kann unter Verwendung einer Beziehung bestimmt werden, die analog zu derjenigen ist, die mit Bezug auf 4 gezeigt ist, und kann andere Faktoren umfassen, z. B. die Umgebungstemperatur, die Batterietemperatur, die Kraftmaschinentemperatur und andere Parameter.
Wenn die minimale Startsystemspannung größer als der minimale Schwellenwert für die Startsystemspannung ist, der in Bezug auf den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter bestimmt wurde (510) (1), wird ein Fehler in Verbindung mit dem Startermotor angezeigt (516). Diese Bewertung beruht auf einer Beziehung zwischen der Betriebsfähigkeit des Startermotors und einem Innenwiderstandswert des Startermotors, wobei eine Verschlechterung bei der Leistung des Startermotors mit einer Zunahme des Innenwiderstandswerts korreliert ist, was unter Verwendung von Gleichung 1 und der isometrischen Linien 430, 432, 434, 436, 438 und 440 für die Startermotorwiderstandswerte R_m gezeigt ist, die mit Bezug auf 4 gezeigt sind.
Wenn die minimale Startsystemspannung kleiner als der minimale Schwellenwert für die Startsystemspannung ist, der in Bezug auf den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter bestimmt wurde (510) (0), wird der Betrieb des Steuerschemas 500 fortgesetzt. Der durchschnittliche Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter wird mit einem Schwellenwert für den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter verglichen (ist A₂₀₀ > A₂₀₀_th?) (512). Wenn der durchschnittliche Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter größer als der minimale Schwellenwert für den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter ist (512) (1), ist dies eine Anzeige dafür, dass das Ankurbelsystem 12, das die Batterie 20 umfasst, wie beabsichtigt arbeitet (530).
Wenn der durchschnittliche Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter kleiner als der minimale Schwellenwert für den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter ist (512) (0), wird der Betrieb des Steuerschemas 500 fortgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wird festgestellt, dass ein Fehler in der Batterie vorliegt, welche entweder einen niedrigen SOC oder einen hohen Innenwiderstandswert R_b aufweist.
Ein Batterie-SOC beim Kraftmaschinenstart wird mit einem Batterie-SOC-Schwellenwert beim Kraftmaschinenstart verglichen, der in Bezug auf die Temperatur der Starterbatterie bestimmt wird (ist SOC_start > SOC_start(Tbat)?) (514). Wenn der Batterie-SOC beim Kraftmaschinenstart größer als der Batterie-SOC-Schwellenwert beim Kraftmaschinenstart ist (514) (1), ist dies eine Anzeige dafür, dass der Batterie-SOC niedrig ist und es einen Bedarf zum Aufladen der Batterie gibt (518). Wenn der Batterie-SOC beim Kraftmaschinenstart kleiner als der Batterie-SOC-Schwellenwert beim Kraftmaschinenstart ist (514) (0), zeigt dies an, dass der Batterie-SOH niedrig ist und es einen Bedarf zum Austauschen der Batterie gibt (520).
Die Logik, die mit der Entscheidung verbunden ist, dass der Batterie-SOH niedrig ist, mit dem zugehörigen Bedarf zum Austauschen der Batterie, wird durch die vorherigen Schritte angezeigt. Die vorherigen Schritte haben angezeigt, dass die minimale Startsystemspannung Vmin kleiner als der minimale Schwellenwert für die Startsystemspannung ist, der in Bezug auf den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter bestimmt wurde (510) (0), und dass der durchschnittliche Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter A₂₀₀ kleiner als der minimale Schwellenwert für den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter ist (512) (0). Folglich arbeitet die Batterie nicht wie beabsichtigt und muss aufgeladen werden oder ihr Innenwiderstandswert hat zugenommen und dadurch ihre Fähigkeit zur Arbeit im Startsystem 12 zum Starten der Kraftmaschine 10 beeinträchtigt. Eine Zunahme beim Innenwiderstandswert wird dadurch angezeigt, dass der durchschnittliche Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter A₂₀₀ kleiner als der minimale Schwellenwert für den durchschnittlichen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter ist, und dass der Batterie-SOC beim Kraftmaschinenstart größer als der Batterie-SOC-Schwellenwert beim Kraftmaschinenstart ist.

Claims

Verfahren zum Bewerten eines Startsystems für eine Brennkraftmaschine, wobei das Startsystem einen Startermotor und eine Batterie umfasst, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Fehler detektiert wird, der mit dem Startermotor verbunden ist, wenn eine minimale Startsystemspannung während eines Ankurbelereignisses größer als ein minimaler Schwellenwert für die Startsystemspannung ist, der in Bezug auf einen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter bestimmt wird; und ein Fehler detektiert wird, der mit der Batterie verbunden ist, wenn der Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter kleiner als ein minimaler Schwellenwert für den Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ankurbelereignis umfasst, dass eine Kraftmaschinendrehzahl von einer Kraftmaschinendrehzahl von 0 U/min bis zu einem voreingestellten Kraftmaschinendrehzahlschwellenwert ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der voreingestellte Kraftmaschinendrehzahlschwellenwert 200 U/min umfasst und der Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter eine durchschnittliche Kraftmaschinenbeschleunigung während des Ankurbelereignisses umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass festgestellt wird, dass der Startermotor und die Batterie wie beabsichtigt funktionieren, wenn der Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter größer als der minimale Schwellenwert für den Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Detektieren des Fehlers, der mit der Batterie verbunden ist, wenn der Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter kleiner als der minimale Schwellenwert für den Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter ist, umfasst, dass ein Batteriefehler detektiert wird, wenn ein Batterieladezustand während des Ankurbelereignisses größer als ein Batterieladezustandsschwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Detektieren des Fehlers, der mit der Batterie verbunden ist, wenn der Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter kleiner als der minimale Schwellenwert für den Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter ist, umfasst, dass ein Batteriefehler detektiert wird, wenn ein Batterieladezustand während des Ankurbelereignisses kleiner als ein Batterieladezustandsschwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Detektieren des Batteriefehlers, wenn der Batterieladezustand während des Ankurbelereignisses kleiner als der Batterieladezustandsschwellenwert ist, umfasst, dass ein niedriger Betriebsfähigkeitszustand der Batterie detektiert wird.
Verfahren zum Bewerten eines Startsystems für eine Brennkraftmaschine, wobei das Startsystem einen Startermotor und eine Batterie umfasst, wobei das Verfahren umfasst, dass: die Kraftmaschine angekurbelt wird; eine Kraftmaschinendrehzahl, eine Ankurbelzeit, und eine Batteriespannung während des Ankurbelns der Kraftmaschine überwacht werden; ein Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter bestimmt wird, der der Kraftmaschinendrehzahl und der Ankurbelzeit entspricht; eine minimale Batteriespannung während des Ankurbelns der Kraftmaschine bestimmt wird; und ein Fehler, der mit dem Startermotor verbunden ist, nur dann detektiert wird, wenn die minimale Batteriespannung während des Ankurbelns der Kraftmaschine größer als ein Ankurbelspannungsschwellenwert ist, der dem Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter entspricht.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst, dass ein Fehler detektiert wird, der mit der Batterie verbunden ist, wenn der Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter kleiner als ein minimaler Schwellenwert für den Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter ist.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner umfasst, dass ein Ladezustand der Batterie bestimmt wird, wobei das Detektieren des Fehlers, der mit der Batterie verbunden ist, wenn der Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter kleiner als der minimale Schwellenwert für den Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter ist, umfasst, dass: ein erster Fehler detektiert wird, der mit der Batterie verbunden ist, wenn der Ladezustand der Batterie größer als ein Ladezustandsschwellenwert ist; und ein zweiter Fehler detektiert wird, der mit der Batterie verbunden ist, wenn der Ladezustand der Batterie kleiner als der Ladezustandsschwellenwert ist.