-
Die Erfindung betrifft eine Startervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine mit einem elektrischen Startermotor und einer Steuereinrichtung für den Startermotor.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Konventionelle Starteinrichtungen für mit einem Verbrennungsmotor ausgerüstete Fahrzeuge weisen als zentrale Komponente üblicherweise einen elektrischen Startermotor auf. Der Startermotor ist gewöhnlich ein Gleichstrommotor mit permanentmagnetischer oder elektrischer Erregung. Die Spannungsversorgung für den Startermotor erfolgt über die Starterbatterie des Fahrzeugs. Zur Steuerung der Starteinrichtung dient üblicherweise eine Schaltereinrichtung, die beispielsweise mit dem Zündschloss des Fahrzeuges oder einem entsprechenden Taster gekoppelt ist. Eine entsprechende Betätigung eines Zündschlüssels bzw. des Tasters führt zu einer Aktivierung des Startermotors. Zusätzlich kann die Starteinrichtung als sogenannte Motor-Start-Stopp-Automatik (MSA) automatisiert den Motor ausschalten und wieder starten.
-
Herkömmliche Startermotoren sind für eine Startleistung bei einer sogenannten Startgrenztemperatur und aufgrund der üblicherweise beim Start des Verbrennungsmotors nur kurzzeitig notwendigen Aktivierung nicht auf Dauerleistung ausgelegt. Entsprechend wird auf eine sich automatisch zurücksetzende thermische Überlastsicherung verzichtet. Bekannt ist die Verwendung von thermischen Überlastsicherungen. Diese dienen allerdings einerseits als Indikator für eine Überlastung und andererseits zur Vermeidung von Fahrzeugbränden und sind in der Regel ähnlich wie eine Schmelzsicherung irreversibel nach der Auslösung ausgelegt. Unter der Startgrenztemperatur wird die niedrigste Umgebungstemperatur, bei der ein Starten des Verbrennungsmotors mit dem Startermotor ohne Beschädigung des Startmotors noch möglich sein soll, verstanden.
-
Die Starteinrichtung ist mit sich widersprechenden Anforderungen konfrontiert. Bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen muss der elektrische Startermotor ein sehr hohes Drehmoment abgeben, da der Verbrennungsmotor aufgrund der zähflüssigen Schmiermittel und in Folge dessen durch hohe Reibkräfte charakterisierten Laufeigenschaften schwergängig ist. Die hierfür benötigte Eingangsleistung für den Startermotor muss durch eine entsprechende Energieentnahme aus der Starterbatterie bereitgestellt werden. Bei tiefen Temperaturen ist die zur Verfügung stehende elektrische Energie der Starterbatterie jedoch stark eingeschränkt. Das für den Start erforderliche Drehmoment kann dadurch durch den Starter nicht erzeugt werden; dies kann sich negativ auf den Komfort des Nutzers auswirken, z.B. lange Startdauer, Schwingungen im Fahrzeug oder Nichtstarten des Motors.
-
Andererseits kann es bei hohen Umgebungstemperaturen aufgrund der eigenen Verlustleistung des Startermotors zu einer Überhitzung des Startermotors kommen, da die Startfähigkeit des Verbrennungsmotors durch den Startermotor nicht applikativ begrenzt ist. Dies kann unter bestimmten Umständen zu einer Überhitzung des Starters führen, der dadurch beschädigt werden kann und im schlimmsten Fall ausfällt. Das mit dem Startermotor ausgerüstete Fahrzeug hat dann eine Panne, da der Motor nicht mehr gestartet werden kann.
-
Eine Starteinrichtung für eine Verbrennungsmaschine sollte daher flexibel unterschiedliche Einsatzbedingungen berücksichtigen, um eine ausreichende Startleistung für den gewünschten Startkomfort einerseits und eine hohe Lebensdauer der Starteinrichtung andererseits zu erreichen.
-
DE 100 29 714 A1 schlägt eine Ansteuereinrichtung für den Startermotor mit einer Leistungsschaltelektronik, einem Steuergerät, dessen Steuerausgang mit dem Steuereingang der Leistungsschaltelektronik verbunden ist, sowie mit den Eingängen des Steuergerätes verbundenen Sensoren zur Erfassung physikalischer Parameter vor, die für die Startleistung des Startermotors relevant sind. Das Steuergerät optimiert auf der Basis der von den Sensoren erfassten aktuellen Parameter eine Start-Kennlinie für eine Ansteuerung des Startermotors innerhalb der zulässigen Grenzwerte relevanter physikalischer Parameter des Startermotors. Die Optimierung ist dabei bevorzugt auf eine Maximierung der Starterleistung ausgelegt.
-
Dabei besteht jedoch immer noch das Problem, dass die Startfähigkeit durch die aktuell vorliegenden Werte der berücksichtigten physikalischen Parameter des Startermotors, besonders durch die aktuell erfasste Temperatur des Startermotors, statisch begrenzt ist.
-
-
Offenbarung der Erfindung
-
Es ist eine mögliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuerverfahren für den Betrieb einer elektrischen Starteinrichtung für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug bzw. Steuereinrichtung für eine elektrische Starteinrichtung zum Starten der Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welche die Probleme im Stand der Technik überwindet.
-
Wenigstens eine der Aufgaben wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
-
Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der entsprechenden Steuereinrichtung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung der einzelnen Aspekte stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
-
Der Kerngedanke der Erfindung besteht in einer modellbasierten prädiktiven Regelung des Startermotors basierend auf einem thermischen Systemmodell des Startermotors. Dabei werden die voraussichtlichen für einen sicheren Betrieb des Startermotors relevanten Temperaturen des Startermotors aktiv im Voraus berechnet. Damit wird die Startfähigkeit des Startermotors nicht statisch begrenzt, sondern abhängig von den aktuellen Umgebungsbedingungen und physikalischen Parametern des elektrischen Startermotors prädiktiv berechnet. Damit wird die Verfügbarkeit der Komponente Startermotor maximiert. Darüber hinaus kann auf eine Begrenzung, welche aufgrund aktueller Umgebungsbedingungen und der physikalischen Parameter des Startermotors angezeigt ist, dynamisch reagiert werden. Beispielsweise kann eine Motor-Start-Stopp-Automatik (MSA) deaktiviert werden. Im einfachsten Anwendungsfall kann bei mehrfachen Startversuchen die Ansteuerung des Startermotors verhindert werden bzw. anderweitig in einer Applikation reagiert werden, um eine Überlastung des Startermotors zu vermeiden. Für eine prinzipielle Implementierung der hier vorgeschlagenen modellbasierten prädiktiven Regelung sind bei modernen Fahrzeugen die grundsätzlich benötigten Werte für relevante Umgebungsbedingungen bereits im Fahrzeug an anderen Stellen vorhanden. Daher wird erwartet, dass für eine einfache Implementierung zunächst keine weitere Sensorik notwendig ist. Beispielsweise können die benötigten Werte über fahrzeuginterne Kommunikationsbusse, wie den CAN-Bus oder Feldbus, abgerufen werden.
-
Es sei angemerkt, dass die Erfindung unabhängig vom Ansteuerverfahren des Startermotors verwendet werden kann. D. h., es ist nicht relevant, ob der Startermotor mittels Halbleiterschaltern oder mittels eines elektromechanischen Relais angesteuert wird. Vorteil von einem elektromechanischen Relais kann zum Beispiel sein, dass der Widerstand zum Startermotor sehr niedrig gehalten werden kann und bei Strömen von bis zu 1000A die Verluste in der Starterzuleitung verringert werden können. Mit dem erfindungsgemäßen prädiktiven Systemmodell des Startermotors kann auch auf die Messung des Stroms in der Zuleitung verzichtet werden, da dieser aus der Spannung und den Motorparametern berechnet werden kann.
-
Ein erster Aspekt betrifft ein Steuerverfahren für den Betrieb eines Startermotors für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug. Dabei werden von einer Steuereinrichtung einen Temperaturverlauf des Startermotors beeinflussende Umgebungsbedingungen erfasst. Die Steuereinrichtung kann eine dedizierte Einrichtung speziell für den Startermotor oder Teil einer bereits vorhandenen Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs sein. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung als eine programmierbare Steuereinrichtung nach Art eines Mikrocomputers ausgeführt. Der Aufbau von Mikrocomputern ist dem Fachmann hinlänglich bekannt und muss hier nicht näher erläutert werden. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, Betriebsparameter des Startermotors basierend auf einem im Voraus aktiv anhand eines, insbesondere thermischen, Systemmodells des Startermotors berechneten Temperaturverlauf des Startermotors zu steuern.
-
Dadurch wird erreicht, dass die Startfähigkeit nicht wie im Stand der Technik durch aktuell vorliegende Werte berücksichtigter physikalischer Parameter des Startermotors statisch begrenzt wird, besonders durch eine aktuell erfasste Temperatur des Startermotors. Der Verlauf der Temperatur des Startermotors kann im Voraus aktiv mittels des Systemmodells des Startermotors berechnet werden, wobei das Systemmodell als Eingangsgrößen die den Temperaturverlauf des Startermotors beeinflussenden Umgebungsbedingungen und Betriebsparameter des Startermotors verwendet.
-
Bevorzugt werden die für die Steuerung des Startermotors einzustellenden Betriebsparameter im Voraus aktiv mittels des Systemmodells des Startermotors so berechnet, dass die Temperatur des Startermotors bei den vorliegenden, den Temperaturverlauf des Startermotors beeinflussenden Umgebungsbedingungen während, insbesondere am Ende des Betriebs des Startermotors eine vorbestimmte Maximaltemperatur nicht überschreitet. Damit kann unter allen Betriebsbedingungen sichergestellt werden, dass es zu keiner thermischen Überlastung des Startermotors kommt.
-
Als Eingangsgröße des Systemmodells kann wenigstens eine Größe aus der Gruppe verwendet werden, die besteht aus: der aktuellen Umgebungstemperatur, der aktuellen Temperatur der Brennkraftmaschine, der Zeitdauer seit dem letzten Betrieb des Startermotors, der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Diese Liste der Größen ist nicht abschließend, selbstverständlich können weitere relevante Größen verwendet werden.
-
Als Betriebsparameter des Startermotors kann wenigstens eine Größe aus der Gruppe verwendet werden, die besteht aus: dem während des Startvorgangs durch den Startermotor fließenden elektrischen Maximalstrom und der während des Startvorgangs am Startermotor anliegenden elektrischen Spannung.
-
Die Betriebsparameter des Startermotors werden besonders bevorzugt so eingestellt, dass für wenigstens eine der folgenden Größen am Startermotor einzuhaltende Maximalwerte nicht überschritten werden: ein für den Startermotor bestimmtes Maximaldrehmoment, eine für den Startermotor bestimmte Maximaldrehzahl, eine für den Startermotor bestimmte Minimaldrehzahl, eine für den Startermotor bestimmte Entmagnetisierungsgrenze, eine für den Startermotor bestimmte Kommutierungsgrenze.
-
Ein weiterer Aspekt betrifft die Verwendung eines der vorstehenden Steuerverfahren zur Steuerung eines Motor-Start-Stopp (MSA)-Betriebs des Verbrennungsmotors. Hierbei kann besonders vorteilhaft mittels des thermischen Systemmodells der MSA-Betrieb aktiviert oder deaktiviert werden. Beispielsweise kann bei besonders heißen Umgebungstemperaturen, wie etwa im Hochsommer oder in südlichen Ländern, mit dem Steuerverfahren im Falle eines Stopp&Go-Betriebs des Kraftfahrzeugs im Stau erkannt werden, dass die Vorteile des MSA-Betriebs zur Kraftstoffeinsparung die thermische Belastung des Startermotors nicht rechtfertigen und daher der MSA-Betrieb deaktiviert werden kann.
-
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen, das in einen Programmspeicher eines Mikrocomputers oder einer programmierbaren Steuereinrichtung ladbar ist, um alle Schritte eines der vorstehend erläuterten Verfahren auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
-
Ein weiterer Aspekt betrifft eine Steuereinrichtung für einen Startermotor für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug zum Starten der Brennkraftmaschine. Die Steuereinrichtung weist einen Mikrocomputer mit einem Programmspeicher auf. Der Mikrocomputer ist als Steuereinrichtung ausgebildet, um den Startermotor anzusteuern. In den Programmspeicher kann beispielsweise das oben erläuterte Computerprogrammprodukt geladen werden, um damit eines der oben erläuterten Steuerverfahren auszuführen.
-
Ein letzter Aspekt betrifft schließlich ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Ottomotor oder Dieselmotor, einem Startermotor für die Brennkraftmaschine und der vorstehend genannten Steuereinrichtung für den Startermotor.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Ebenso können die vorstehend genannten und die hier weiter ausgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Funktionsähnliche oder identische Bauteile oder Komponenten sind teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele verwendeten Begriffe „links“, „rechts“, „oben“ und „unten“ beziehen sich auf die Zeichnungen in einer Ausrichtung mit normal lesbarer Figurenbezeichnung bzw. normal lesbaren Bezugszeichen. Die gezeigte und beschriebene Ausführungsform ist nicht als abschließend zu verstehen, sondern hat beispielhaften Charakter zur Erläuterung der Erfindung. Die detaillierte Beschreibung dient der Information des Fachmanns, daher werden bei der Beschreibung bekannte Schaltungen, Strukturen und Verfahren nicht im Detail gezeigt oder erläutert, um das Verständnis der vorliegenden Beschreibung nicht zu erschweren.
- 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Startvorrichtung für einen Verbrennungsmotor.
- 2 zeigt ein Blockschaltbild für ein Systemmodell zur Modellierung des Temperaturverlaufs an einem Startermotor im Betrieb unter Berücksichtigung relevanter Umgebungsbedingungen und von Betriebsparametern des Startermotors.
-
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Startvorrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine 3 eines Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschine 3 kann ein Ottomotor oder Dieselmotor sein.
-
Zum Anlassen der Brennkraftmaschine 3 ist ein Startermotor 5 vorgesehen, der beispielsweise in bekannter Weise mit einem Ritzel in Eingriff mit einem Schwungrad der Brennkraftmaschine 3 gebracht werden kann. Alternativ kann der Startermotor 5 auch direkt an einer Ausgangswelle der Brennkraftmaschine 3, beispielsweise zwischen Getriebe und Brennkraftmaschine, angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass der Startermotor dauerhaft, z.B. mittels eines Riemens bzw. Kettentrieb oder Zahnrad etc., mit der Brennkraftmaschine 3 gekoppelt werden kann. Der Eingriff des Startermotors mit der Brennkraftmaschine 3 kann kurzfristig, d. h. nur beim Startvorgang, oder permanent sein (sog. permanent eingespurter Startermotor).
-
Zur Steuerung des Startermotors 5 ist eine Steuereinrichtung 7 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 7 ist ein programmierbarer Mikrocomputer mit den üblichen Bestandteilen, wie Prozessor, Arbeitsspeicher und einem Programmspeicher 10. In den Programmspeicher ist ein Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen geladen oder gespeichert. Mittels der Programmbefehle kann die Steuereinrichtung 7, wenn die Programmbefehle vom Prozessor der Steuereinrichtung 7 in bekannter Weise abgearbeitet werden, alle Schritte eines der eingangs vorgeschlagenen Steuerverfahren ausführen. Die Steuereinrichtung 7 ist damit programmiertechnisch konfiguriert, um den Startermotor 5 anzusteuern.
-
Die Ansteuerung des Startermotors 5 erfolgt dabei im Wesentlichen über eine Starterelektronik 9, die mittels Leistungshalbleiter, wie beispielsweise MOS-FET-Schaltransistoren, den Arbeitsstrom I und/oder die Arbeitsspannung V des Startermotors 5 stellen kann. Alternativ kann anstelle der Starterelektronik 9 auch ein bekanntes elektromagnetisches Relais als Schalter eingesetzt werden. Der Arbeitsstrom I und die Arbeitsspannung V werden in bekannter Weise durch eine Starterbatterie 11 des Kraftfahrzeugs über entsprechende Leitungen 13a, 13b des Bordnetzes bereitgestellt.
-
Ein Steuerausgang 8 der Steuereinrichtung 7 ist mit einem Steuereingang 11 der Startelektronik 9 verbunden. Über die Starterelektronik 9 kann die Steuereinrichtung 7 sowohl den Arbeitsstrom I als auch die Arbeitsspannung V für den Startermotor 5 als Betriebsparameter einstellen und damit im Wesentlichen wie aus der eingangs genannten
DE 100 29 714 A1 bekannt, den Startermotor 5 in zulässigen Betriebsbereichen betreiben. Die Steuereinrichtung 7 stellt die Betriebsparameter des Startermotors daher insbesondere so ein, dass der Startermotor 5 vorbestimmte Werte für das Maximaldrehmoment M, die Maximaldrehzahl n_max, die Entmagnetisierungsgrenze E sowie die Kommutierungsgrenze K nicht überschreitet.
-
Kernbestandteil der hier mittels der Steuereinrichtung 7 umgesetzten verbesserten Steuerung des Startermotors 5 ist eine modellbasierte prädiktive Regelung des Betriebs des Startermotors 5. Dazu werden basierend auf einem thermischen Systemmodell 20 (vgl. 2) für den Startermotor 5 die relevanten Temperaturen des Startermotors 5 aktiv im Voraus berechnet. Damit ist die Startfähigkeit des Kraftfahrzeugs nicht - wie bei bekannten Systemen - durch eine statische Berücksichtigung der aktuell vorliegenden Umgebungsbedingungen und/oder der aktuellen Temperatur des Startermotors 5 begrenzt. Vielmehr bestimmt die Steuereinrichtung 7 vor und während des Betriebs des Startermotors 5 die aufgrund der aktuellen Umgebungsbedingungen und Betriebsparameter voraussichtlich zu erwartende Temperatur T(t) des Startermotors 5. Wenn festgestellt wird, dass der aktuelle Betrieb zu einer Überhitzung des Startermotors 5 führen wird, können die Betriebsparameter entsprechend angepasst werden. Im Ergebnis wird damit ein Überschreiten der vorbestimmten Maximaltemperatur T_max für den Startermotor 5 vermieden. Der Startermotor 5 kann im Vergleich zu bekannten Verfahren nahezu immer situationsgerecht an der Leistungsgrenze betrieben werden. Selbst bei situationsgerechten Leistungsbeschränkungen kann der Startermotor dennoch näher an der ohne Beschädigung des Startermotors möglichen Leistungsgrenze betrieben werden. Damit kann gegenüber dem herkömmlichen Betrieb eines Startermotors situationsgerecht ein gutes Startverhalten sichergestellt werden.
-
Mit dem prädiktiven modellbasierten Steuerverfahren kann in bestimmten Fällen auch absichtlich eine kurzfristige Überlastung des Startermotors 5 stattfinden. Dies kann beispielsweise sinnvoll sein, wenn die Umgebungstemperatur nahe der oder unter der Startgrenztemperatur liegt, um ein schnelles Anlassen der Brennkraftmaschine 3 zu erreichen. Das thermische Systemmodell 20 des Startermotor 5 wird nämlich in diesem Fall aufgrund der niedrigen Umgebungstemperatur zeigen, dass der Startermotor 5 sich durch den kurzeitigen Überlastbetrieb möglicherweise gar nicht auf die maximal zulässige Temperatur T_max erwärmen wird, da der Startermotor 5 selbst sehr kalt ist und die niedrige Umgebungstemperatur auch eine bessere Wärmeabfuhr ermöglicht.
-
2 zeigt ein Blockschaltbild für ein thermisches Systemmodell 20 zur Modellierung des Temperaturverlaufs T(t) an dem Startermotor 5 der 1 im Betrieb unter Berücksichtigung relevanter Umgebungsbedingungen und Betriebsparameter des Startermotors 5.
-
Basierend auf einem thermischen Systemmodell 20 des Startermotors 5 können abhängig von Umgebungsbedingungen, welche für die zeitliche Entwicklung der Startertemperatur T(t) relevant sind, die sich voraussichtlich bei Betrieb des Startermotos 5 einstellende(n) relevante(n) Temperatur(en) am Startermotor 5 aktiv im Voraus berechnet werden.
-
Das thermische Systemmodell 20 des Startermotors 5 bildet die jeweils aktuellen Werte der relevanten Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel die Umgebungstemperatur T_Umgeb, die aktuelle Motortemperatur T_Mot, die Zeitdauer Δt seit dem letzten Betreib des Startermotors 5, oder ähnliche, zusammen mit beabsichtigten Betriebsparametern, beispielsweise Arbeitsstrom I und/oder Arbeitsspannung V für den Startermotor 5 auf den voraussichtlichen Verlauf der relevanten Temperaturen T(t) ab.
-
Die Werte für die relevanten Umgebungsbedingungen können bei modernen Kraftfahrzeugen beispielsweise über ein vorhandenes Kommunikationsbussystem 15 (1), wie zum Beispiel den CAN-Bus abgefragt werden. Daher ist für eine einfache und unmittelbare Implementierung keine zusätzliche Sensorik notwendig; es muss lediglich das hier beschriebene Steuerverfahren in ein üblicherweise vorhandenes Steuergerät softwaremäßig mittels eines entsprechenden Computerprogramms als eine funktionelle Erweiterung ergänzt werden.
-
Die Steuereinrichtung 7 kann auch zur Aktivierung oder Deaktivierung einer Motor-Start-Stopp-Automatik (MSA) eingesetzt werden. In diesem Fall kann eine aktuelle Geschwindigkeit v_vehicle oder ein aktuelles Geschwindigkeitsprofil v(t)-vehicle des Kraftfahrzeugs als Umgebungsbedingung und entsprechende Eingangsgröße für das thermische Systemmodell 20 des Startermotors 5 relevant sein und berücksichtigt werden.
-
D.h. die Steuereinrichtung 7 ist eingerichtet, das hier vorgeschlagene Steuerverfahren für den Betrieb des Startermotors 5 für die Brennkraftmaschine 3 eines Kraftfahrzeugs auszuführen. Dazu erfasst die Steuereinrichtung 6 über eine Datenschnittstelle 17 zum Kommunikationsbus 15 des Kraftfahrzeugs die den Verlauf der Temperatur T(t) des Startermotors 5 beeinflussende Umgebungsbedingungen. Dies sind zunächst die in der 2 als Eingangsgrößen für das thermische Systemmodell des Startermotors 5 benötigten Größen.
-
Die Betriebsparameter Arbeitsstrom I und/oder Arbeitsspannung V des Startermotors 5 werden von der Steuereinrichtung 7 basierend auf einem im Voraus aktiv anhand des thermischen Systemmodells 20 für den Startermotor 5 berechneten Verlauf der Temperatur T(t) des Startermotors 5 beispielsweise rekursiv bestimmt.
-
Die Steuereinrichtung 7 des Startermotors 5 berechnet die einzustellenden Betriebsparameter im Voraus aktiv mittels des thermischen Systemmodells 20 derart, dass bei den vorliegenden, den Temperaturverlauf T(t) des Startermotors 5 beeinflussenden Umgebungsbedingungen die Temperatur T(t) des Startermotors 5 während, insbesondere am Ende des Betriebs des Startermotors 5 die vorbestimmte Maximaltemperatur T_max nicht überschritten wird.
-
Es ist auch möglich mittels des thermischen Systemmodells 20 die Betriebsparameter I, V für den Startermotor 5 so zu bestimmen, dass die für den Startermotor 5 bekannte Maximaltemperatur T_max voraussichtlich nur für eine vorbestimmte Zeitdauer überschritten wird.
-
Beispielsweise ist ein Verfahren für eine modellgestützte prädiktive Regelung von thermischen Prozessen bei der Halbleiterherstellung aus der
EP 0 879 547 B1 oder
DE 697 28 256 T2 beschrieben. Teile des dort offenbarten mathematischen Verfahrens lassen sich entsprechend auf die vorliegende Erfindung übertragen. Der Fachmann kann das dort beschriebene Verfahren oder die dort beschriebene Vorrichtung für ein effektiveres Temperaturregelsystem in einem thermisch Prozess mit mehreren Variablen entsprechend auf einen Startermotor, wie hier vorgeschlagen, übertragen. Dementsprechend entspricht der dort beschriebene temperaturgeregelte, thermische Prozessreaktor dem hier betrachteten Startermotor.
-
Entsprechend können in dem Startermotor eine Mehrzahl von Quellen thermischer Energie, die den Startermotor im Betrieb erhitzen, identifiziert werden. Weiter wird mit dem wenigstens einen Temperatursensor eine Sensortemperatur gemessen, wobei diese Sensortemperatur entsprechend in Beziehung zu einer tatsächlichen Temperatur des Startermotors steht. Der wenigstens eine Temperatursensor liefert ein Ausgabesignal, das für die Sensortemperatur repräsentativ ist. Jede der Quellen thermischer Energie beeinflusst die Sensortemperatur. Entsprechend kann für den Startermotor mit dem thermischen Systemmodell ein modellbasierter, vorausberechnender Temperaturregler, der ein nicht-lineares Prozessmodell aufweisen kann, bestimmt werden. Der Temperaturregler ist dann entsprechend dafür eingerichtet, die Ausgangssignale zu empfangen und durch die beschriebene Stellung der Betriebsparameter des Startermotors die Quellen thermischer Energie in Reaktion auf diese Ausgangssignale zu steuern. Damit kann eine ausgewählte räumliche und zeitliche Verteilung der Wärmeenergie im Startermotor erzeugt werden. Anstelle der relativ gleichmäßigen tatsächlichen Temperatur auf dem Gegenstand des thermischen Prozesses der genannten Schriften wird dann beim Startermotor als Zielgröße sichergestellt, dass der zulässige Maximalwert für die wenigstens eine Temperatur nicht überschritten wird. Das thermische Systemmodell des Startermotors entspricht dann dem thermischen Prozessmodell des modellbasierten, vorausberechnenden Temperaturreglers mit mehreren Variablen, das die thermische Eingangsenergie des Starterbetriebs mit mehreren Variablen zur wenigstens einen Ausgangstemperatur des Startermotors mit mehreren Variablen in Beziehung setzt. Damit kann mit dem thermischen Systemmodell des Startermotors eine vorausberechnete nominale Temperaturausgabe über eine zukünftige Zeitspanne hinweg zum Berechnen eines situationsgerechten optimalen Betriebs des Startermotors zum Regeln seiner Quellen thermischer Energie verwendet werden.
