DE102015100971B4 - Verfahren zum Bewerten eines Startermotors für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Überwachen des Startermotors umfasst, dass ein Startermotorwiderstandswert bestimmt wird, der mit einem Kraftmaschinenstartereignis verbunden ist, und dass eine Gegen-EMK für den Startermotor beruhend auf dem Startermotorwiderstandswert bestimmt wird. Ein Funktionszustand des Startermotors, der der Gegen-EMK des Startermotors und einer Kraftmaschinenankurbelzeitspanne entspricht, wird bestimmt. Eine Start/Stopp-Funktionalität der Kraftmaschine wird beruhend auf dem Funktionszustand des Startermotors gesteuert.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung betrifft Startsysteme für Brennkraftmaschinen.
  • HINTERGRUND
  • Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit. Daher sind diese Aussagen nicht dazu gedacht, eine Anerkennung des Standes der Technik zu bilden.
  • Elektrische Fahrzeugsysteme, die elektrische Maschinen umfassen, beispielsweise Motoren und Zubehörantriebsvorrichtungen, die elektrische Leistung von Energiespeichervorrichtungen empfangen, werden durch Signale gesteuert, die von Steuerungsmodulen und anderen Steuerungsvorrichtungen und Logikschaltungen stammen. Ein elektrischer Schaltkreis ist ein Startsystem, das einen elektrisch betriebenen Startermotor umfasst, der eine Brennkraftmaschine dreht, wenn er mit einem Zündschalter aktiviert wird. Ein Fehler in einem Startsystem kann einen Kraftmaschinenankurbelfehler verursachen, der zu einem Nichtstartereignis der Kraftmaschine führt.
  • Die Druckschrift DE 10 2010 007 753 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen des Funktionszustands eines Solenoids, wobei aus gemessenen Spannungen und Strömen am Solenoid ein äquivalenter Widerstands wert und eine äquivalente Induktivität des Solenoids ermittelt und mit jeweiligen Schwellenwerten verglichen werden. Abweichungen von den Schwellenwerten werden als Funktionszustandswerte aufgezeichnet und bilden einen Trend, der kontinuierlich überwacht wird.
  • In der Druckschrift DE 10 2012 214 069 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bewerten eines Startsystems für eine Brennkraftmaschine offenbart, wobei ein Fehler eines Startermotors des Startsystems detektiert wird, wenn eine minimale Startsystemspannung während eines Ankurbelereignisses größer als ein minimaler Schwellenwert für die Startsystemspannung ist, der in Bezug auf einen Kraftmaschinenbeschleunigungsparameter bestimmt wird.
  • Die Druckschrift DE 11 2009 001 470 T5 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Startermotordiagnose unter Verwendung eines Parameterschätzalgorithmus, wobei ein Widerstand, eine Induktivität und eine Gegen-EMK des Startermotors überwacht werden und bei einer Abweichung von jeweiligen Nennwerten eine potentielle Startermotorstörung angezeigt wird.
  • In der Druckschrift DE 10 2008 037 270 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verwalten des Leistungsflusses einer elektrischen Leistungsspeichereinrichtung offenbart, wobei ein Widerstandswert eines Startermotors aus einer bei einem Ankurbelvorgang minimal aufgetretenen Ankurbelspannung dividiert durch einen maximal aufgetretenen elektrischen Ankurbelstrom berechnet wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Verfahren zum Überwachen des Startermotors umfasst, dass ein Startermotorwiderstandswert bestimmt wird, der mit einem Kraftmaschinenstartereignis verbunden ist, und dass eine Gegen-EMK für den Startermotor beruhend auf dem Startermotorwiderstandswert bestimmt wird. Es werden ein Funktionszustand des Startermotors, welcher der Gegen-EMK des Startermotors entspricht, und eine Kraftmaschinenankurbelzeitspanne bestimmt, wobei der Funktionszustand beruhend auf einem minimalen Funktionszustand aus einem Funktionszustand der Verfügbarkeit der Start/Stopp-Funktion und einem Fehlerdetektions-Funktionszustand bestimmt wird, wobei der minimale Funktionszustand beruhend auf einem Verhältnis einer Kraftmaschinenankurbel-Nennzeitspanne und der gemessenen Kraftmaschinenankurbelzeitspanne justiert wird. Eine Stopp/Start-Funktionalität der Kraftmaschine wird beruhend auf dem Funktionszustand des Startermotors gesteuert.
  • 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 veranschaulicht, die ein Startsystem und ein Steuerungssystem in Übereinstimmung mit der Offenbarung umfasst;
  • 2 ein Überwachungsschema des Funktionszustands (SOH) eines Startermotors veranschaulicht, das ausgestaltet ist, um einen Startermotor einer Brennkraftmaschine in Übereinstimmung mit der Offenbarung zu bewerten;
  • 3 zeitlich übereinstimmende Daten veranschaulicht, die mit dem Ankurbeln einer Kraftmaschine während eines Kraftmaschinenstartereignisses für eine repräsentative Kraftmaschine verbunden sind, welche einen Startermotorstrom und eine Startermotorspannung mit Bezug auf die Zeit in Übereinstimmung mit der Offenbarung umfassen;
  • 4 zeitlich übereinstimmende Daten veranschaulicht, die mit dem Ankurbeln einer Kraftmaschine während eines Startereignisses verbunden sind, welche eine Batteriespannung VB(t), einen Batteriestrom IB, eine Kraftmaschinendrehzahl N und eine geschätzte Gegen-EMK Ke mit Bezug auf die Zeit in Übereinstimmung mit der Offenbarung umfassen; und
  • 5 ein Startermotor-Überwachungsschema in Flussdiagrammform zum Bewerten eines Startermotors für eine Brennkraftmaschine in Übereinstimmung mit der Offenbarung veranschaulicht.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • Mit Bezug nun auf die Zeichnungen, in denen das Gezeigte nur zum Zweck der Darstellung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht zum Zweck, diese einzuschränken, gedacht ist, zeigt 1 auf schematische Weise eine Brennkraftmaschine 10 mit einem Startsystem 12 und einem Steuerungssystem 50. Das Startsystem 12 umfasst vorzugsweise einen Kraftmaschinenstartermotor 16, einen Starterschalter 14 und eine Batterie 20. In einer Ausführungsform ist die Brennkraftmaschine 10 ein Element eines Antriebsstrangsystems, das in einem Fahrzeug verwendet wird. Das Startsystem 12 ist ausgestaltet, um Stopp/Start-Funktionen einer Kraftmaschine während eines fortlaufenden Fahrzeugbetriebs auszuführen. Die Kraftmaschine 10 und das Startsystem 12 umfassen eine beliebige Brennkraftmaschine, die ein Startsystem verwendet, das ausgestaltet ist, um Kraftmaschinenstartereignisse mit Bezug auf Stopp/Start-Funktionen der Kraftmaschine während eines fortlaufenden Fahrzeugbetriebs auszuführen. Eine Informationsübertragung an das und von dem Steuerungssystem 50 kann unter Verwendung eines oder mehrerer Kommunikationspfade bewerkstelligt werden, z. B. mit einem Kommunikationsbus 30, der eine Direktverbindung, einen lokalen Netzwerkbus, und/oder einen seriellen peripheren Schnittstellenbus umfassen kann.
  • Die Kraftmaschine 10 ist mit mehreren Aktoren und Erfassungsvorrichtungen zum Überwachen des Betriebs und zum Liefern von Kraftstoff zum Ausbilden einer Verbrennungsladung ausgestattet, um Drehmoment zu erzeugen, das auf Bedienerdrehmomentanforderungen anspricht. Bei einer Ausführungsform ist die Kraftmaschine 10 eine Funkenzündungskraftmaschine, die ausgestaltet ist, um in einem Funkenzündungs-Verbrennungsmodus zu arbeiten, bei dem die Verbrennung durch ein Funkenzündungssystem gesteuert wird, und sie kann einen Betrieb in einem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung und Funkenzündung umfassen. Alternativ kann die Kraftmaschine 10 eine Kompressionszündungskraftmaschine sein, die ausgestaltet ist, um in einem Verbrennungsmodus mit Kompressionszündung zu arbeiten, wobei die Verbrennung durch den Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffs gesteuert wird. Kraftmaschinenaktoren umfassen vorzugsweise Kraftstoffinjektoren, Luftströmungscontroller, Funkenzündungssysteme in Kraftmaschinen, die so ausgestattet sind, und andere Vorrichtungen, die mit dem Steuern eines Kraftmaschinenbetriebs verbunden sind, um die vorstehend erwähnten Kraftmaschinenzustände zu steuern. Kraftmaschinenerfassungsvorrichtungen umfassen vorzugsweise einen Kühlmitteltemperatursensor oder eine andere Vorrichtung zum Überwachen der Kraftmaschinentemperatur 15 und einen Kurbelwellenpositionssensor 18, der ausgestaltet ist, um die Drehzahl 17 der Kraftmaschine 10 zu überwachen.
  • Die Batterie 20 kann eine beliebige elektrische Energiespeichervorrichtung sein und sie ist bei einer Ausführungsform eine Bleisäure-Niederspannungsbatterie mit mehreren Zellen, z. B. eine 12 V Batterie. Betriebsparameter der Batterie 20 umfassen eine Batterietemperatur 25, eine Batteriespannung 27 und einen Batteriestrom 29. Die Batteriebetriebsparameter können direkt überwacht, geschätzt oder auf andere Weise während eines fortlaufenden Systembetriebs bestimmt werden.
  • Der Startermotor 16 kann eine beliebige Kraftmaschinenankurbelvorrichtung umfassen und er ist in einer Ausführungsform ein permanentmagnetischer elektrischer Gleichstrommotor mit einem zugehörigen Startersolenoid. In einer derartigen Ausführungsform umfasst eine drehbare Welle des Startermotors 16 ein bewegliches Antriebsritzelzahnrad, das ausgestaltet ist, um kämmend in ein Starterhohlrad einzugreifen, das an einer Kurbelwelle der Kraftmaschine 10 angebracht ist, wenn das Startersolenoid während eines Startereignisses aktiviert wird. Wenn der Starterschalter 14 aktiviert wird, wird elektrischer Strom an das Startersolenoid geliefert, um zu veranlassen, dass das bewegliche Antriebsritzelzahnrad kämmend in das Starterhohlrad eingreift, das an der Kurbelwelle der Kraftmaschine 10 angebracht ist, und um elektrischen Strom zum Drehen des Startermotors 16 zu liefern, wodurch die Kraftmaschine 10 gedreht wird. Bei einer Ausführungsform ist der Startermotor 16 ausgestaltet, um das Starten der Kraftmaschine zu bewirken, während sich die Kraftmaschine in einem Zustand ohne Kraftstoffzufuhr dreht. Eine derartige Konfiguration kann einen Starter umfassen, der zwei Solenoidvorrichtungen verwendet, die ein erstes Solenoid zum Drehen des Startermotors und ein zweites Solenoid zum Aktivieren, dass ein bewegliches Antriebsritzelzahnrad kämmend in ein Starterhohlrad eingreift, das mit der Kraftmaschinenkurbelwelle gekoppelt ist, umfassen. Eine derartige Konfiguration ermöglicht eine Kraftmaschinenstartsequenz, die das Drehen des Startermotors zum Synchronisieren der Drehzahl mit der Kraftmaschine und das Aktivieren des beweglichen Antriebsritzelzahnrads umfasst, wenn die Drehzahlen synchronisiert sind.
  • Der Controller 50 leitet ein Kraftmaschinenstartereignis ein, indem er ein Kraftmaschinenstartsignal zum Aktivieren des Starterschalters 14 übermittelt, welcher ausgestaltet ist, um den Kraftmaschinenstartermotor 16 elektrisch mit der Batterie 20 zu verbinden. Ein Kraftmaschinenstartereignis kann in Ansprechen auf einen Schlüsseleinschaltbefehl eines Bedieners oder in Ansprechen auf einen Kraftmaschinen-Autostartbefehl, der Teil der Stopp/Start-Funktion der Kraftmaschine ist, eingeleitet werden. Das Steuerungssystem 50 ist ausgestaltet, um einen Betrieb der Kraftmaschine 10 während jedes Startereignisses zu steuern. Ein Kraftmaschinenstartereignis umfasst das Aktivieren eines Kraftmaschinenstarters, während gleichzeitig die Kraftstoffzufuhr an die Kraftmaschine und der Zündfunken bei Funkenzündungskraftmaschinen gesteuert werden. Jedes Startereignis umfasst vorzugsweise einen Befehl zum Starten der Kraftmaschine 10, bei dem der Starterschalter 14 aktiviert wird, um den Startermotor 16 elektrisch mit der Batterie 20 zu verbinden, was bewirkt, dass sich der Startermotor 16 dreht. Gleichzeitig steuert das Steuerungssystem 50 die Kraftstoffzufuhr an die Kraftmaschine und einen Zündfunken bei Funkenzündungskraftmaschinen, um die Kraftmaschine 10 zu starten, indem es andere Kraftmaschinensteuerungsfunktionen ausführt, die mit der Kraftstoffzufuhr und dem Zünden der Kraftmaschine 10 verbunden sind.
  • Der Controller 50 führt die Stopp/Start-Funktion der Kraftmaschine aus, um einen Kraftmaschinenbetrieb während eines fortlaufenden Fahrzeugbetriebs in Ansprechen auf Bedienerbefehle und fahrzeugeigene Befehle automatisch zu stoppen (Autostopp) und automatisch neu zu starten (Autostart). Als Beispiel kann ein Autostoppbefehl ausgeführt werden, um einen AUSGESCHALTET-Zustand der Kraftmaschine zu erzielen, wenn sich ein Fahrzeug in einem gestoppten Zustand befindet, etwa wenn es an einer Ampel wartet. Ein Autostart-Kraftmaschinenstartereignis wird in Ansprechen auf einen Befehl von dem Steuerungssystem 50 ausgeführt, um den Starterschalter 14 zu aktivieren, zum Beispiel im Anschluss an einen Autostoppbefehl während eines fortlaufenden Fahrzeugbetriebs. Die Kraftmaschine kann in Ansprechen auf einen Autostartbefehl, der durch eine Bedieneraktion verursacht wird, etwa das Drücken eines Gaspedals, ein Startereignis ausführen, um in einem EINGESCHALTET-Zustand der Kraftmaschine zu arbeiten.
  • Die Stopp/Start-Funktion kann Vorteile einer verbesserten Kraftstoffeffizienz und/oder von verringerten Emissionen bereitstellen.
  • Die Kraftmaschinendrehzahl kann bei 0 Umdrehungen pro Minute (RPM) liegen, d. h. in einem AUSGESCHALTET-Zustand ohne Drehung, bevor ein Startereignis eingeleitet wird. Alternativ kann sich die Kraftmaschine bei einer geringen Drehzahl in einem Zustand ohne Kraftstoffzufuhr drehen, bevor das Startereignis eingeleitet wird. Dies kann einen Fahrzeugbetrieb umfassen, bei dem sich das Fahrzeug während des Startereignisses momentan bewegt. Ein Kraftmaschinenstartereignis durch Schlüsseleinschalten wird in Ansprechen auf einen Schlüsseleinschaltbefehl von einem Bediener an den Starterschalter 14 ausgeführt, zum Beispiel, wenn ein Bediener zunächst in ein Fahrzeug einsteigt, um eine Fahrt zu beginnen. Es ist festzustellen, dass ein Kraftmaschinenstartereignis durch Schlüsseleinschalten von einem Bediener eingeleitete Fernstartereignisse und andere ähnliche Operationen umfasst.
  • Steuerungsmodul, Modul, Steuerung, Controller, Steuerungseinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe bezeichnen eine beliebige oder verschiedene Kombinationen aus einer oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), 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, kombinatorische Logikschaltungen, Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Vorrichtungen, geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltkreise und andere Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bedeuten beliebige Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen enthalten. Das Steuerungsmodul weist einen Satz von Steuerungsroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Routinen werden, beispielsweise von einer zentralen Verarbeitungseinheit, ausgeführt und können betrieben werden, um Eingaben von Erfassungsvorrichtungen und anderen Netwerksteuerungsmodulen zu überwachen und um Steuerungs- und Diagnoseroutinen auszuführen, um die Arbeitsweise von Aktoren zu steuern. Routinen können in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, beispielsweise alle 100 Mikrosekunden, 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während eines fortlaufenden Betriebs der Kraftmaschine und des Fahrzeugs. Alternativ können Routinen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
  • 2 zeigt auf schematische Weise ein Schema zur Überwachung des Funktionszustands (SOH) eines Startermotors (Überwachungsschema) 200, das ausgestaltet ist, um einen Startermotor einer Brennkraftmaschine zu bewerten, wobei eine Ausführungsform derselben mit Bezug auf 1 beschrieben ist. Der Funktionszustand ist eine parametrisierte Anzeige der verbleibenden Lebensdauer einer Vorrichtung oder eines Systems, und wird vorzugsweise als ein Prozentsatz der Gesamtlebensdauer der Vorrichtung oder des Systems ausgedrückt. Ein Startermotor-Funktionszustand ist eine parametrisierte Anzeige des Funktionszustands des Startermotors. Das Überwachungsschema 200 bestimmt einen Motorwiderstand und eine Gegen-EMK während eines Startereignisses beruhend auf überwachten Parametern und es bestimmt den Funktionszustand eines Startermotors beruhend auf dem Motorwiderstandswert und der Gegen-EMK unter Berücksichtigung anderer Faktoren mit Bezug auf die Kraftmaschine, das Fahrzeug und Umgebungsbedingungen. Der Funktionszustand des Startermotors kann verwendet werden, um zu entscheiden, ob während des fortlaufenden Fahrzeugbetriebs nachfolgende Stopp/Start-Ereignisse der Kraftmaschine zugelassen werden sollen.
  • Bevorzugte Betriebsparameter für das Startsystem, die während jedes Startereignisses überwacht werden, umfassen ein Kurbelwellensignal 201, eine Batteriespannung (Vbat) 203, einen Batteriestrom (Ibat) 205, eine Fahrzeuggeschwindigkeit 206, eine Kraftmaschinendrehzahl (Neng) 207 und einen Getriebebereichswahlhebel (PRNDL) 209. Die Betriebsparameter können unter Verwendung von fahrzeugeigenen Sensoren direkt überwacht werden, aus Informationen hergeleitet werden, die von anderen Sensoren erhalten werden, geschätzt oder anderweitig unter Verwendung von Modellen bestimmt werden, die auf Routinen reduziert sind und in einem Controller implementiert sind.
  • Das Überwachungsschema 200 wird eingeleitet, wenn das Kurbelwellensignal 201 anzeigt, dass das Ankurbeln der Kraftmaschine aktiv ist, d. h. gerade ein Kraftmaschinenstartereignis stattfindet. Das Einleiten des Überwachungsschemas 200 umfasst das Bestimmen von Auslöse- und Rücksetzsignalen (210) in Ansprechen auf das Ankurbelsignal 201, um Parameter jedes Mal neu zu initialisieren, wenn die Kraftmaschine während eines Kraftmaschinenstopp/start-Ereignisses startet. Dies umfasst, dass ein Auslösesignal T 211 in Ansprechen auf das Kurbelwellensignal 201 auf T(t) = 1 gesetzt wird, und dass ein Rücksetzsignal R 213 auf R = max [0, (T(t) – T(t – 1))] gesetzt wird, wobei (t) ein gegenwärtig stattfindendes Startereignis anzeigt und (t – 1) ein vorheriges Startereignis anzeigt.
  • Das Auslösesignal T 211 und das Rücksetzsignal R 213 werden verwendet, um Überwachungs- und Nachverfolgungszustände der Batteriespannung 203, des Batteriestroms 205 und der Kraftmaschinendrehzahl 207 einzuleiten, welche in einem zweiten Schema 220 eingesetzt werden, das ein Schema 222 zum Schätzen eines Startermotorwiderstandswerts und ein Schema 224 zum Schätzen einer Gegen-EMK des Startermotors umfasst.
  • Das Schema 222 zum Schätzen des Startermotorwiderstandswerts umfasst das Schätzen des Startermotorwiderstandswerts, wenn der elektrische Strom während eines Startereignisses eine Spitze bei seinem Spitzenwert bildet, was zeitlich damit zusammenfällt, dass die Spannung ihren Minimalwert erreicht. Zum gleichen Zeitpunkt hat sich noch keine Kraftmaschinendrehzahl entwickelt. Der geschätzte Widerstandswert bei dem Startereignis wird in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung berechnet:
    Figure DE102015100971B4_0002
    wobei R ^e der geschätzte Startermotorwiderstandswert bei dem Startereignis ist,
    Vmin die minimale Starterspannung während des Startereignisses ist, und
    Ip der Starterspitzenstrom während des Startereignisses ist.
  • 3 zeigt auf graphische Weise zeitlich übereinstimmende Daten, die mit einem Ankurbeln der Kraftmaschine bei einem Kraftmaschinenstartereignis für eine repräsentative Kraftmaschine verbunden sind, welche den Startermotorstrom 305 und die Startermotorspannung 303 mit Bezug auf die Zeit 310 umfasst, die auf der horizontalen Achse gezeigt ist. Ein Startermotor-Spitzenstrom (Ip) 306 und eine entsprechende minimale Starterspannung Vmin 304 sind in den Datenaufzeichnungen angezeigt.
  • Das Schema 224 zum Schätzen einer Gegen-EMK des Startermotors verwendet den geschätzten Startermotorwiderstandswert R ^e, um die Gegen-EMK Ke zu schätzen. Dies umfasst, dass ein Regressionsmodell y(t) in Übereinstimmung mit den folgenden Beziehungen definiert wird: y(t) = φ(t)θ = VB(t) – IBR ^e φ(t) = Nspd, θ = Ke [2] wobei VB(t) die Batteriespannung bei der gegenwärtigen Iteration ist,
    IB der Batteriestrom ist,
    R ^e der geschätzte Startermotorwiderstandswert für das Startereignis ist,
    Nspd die Drehzahl des Startermotors ist, und
    Ke die geschätzte Gegen-EMK ist.
  • Eine Schätzroutine der kleinsten Quadrate kann angewendet werden, um die Gegen-EMK für Batterieströme und Batteriespannungen zu schätzen, welche bei einem Kraftmaschinenstartereignis über einen Bereich von Kraftmaschinendrehzahlen hinweg zwischen einer minimalen Kraftmaschinendrehzahl und einer maximalen Kraftmaschinendrehzahl gemessen werden. Eine Schätzung der Gegen-EMK Ke beruhend auf Daten, die während eines Kraftmaschinenstartereignisses gemessen werden, ist mit Bezug auf 4 gezeigt, welche zeitlich übereinstimmende Daten graphisch zeigt, die mit dem Ankurbeln der Kraftmaschine während eines Startereignisses verbunden sind. Die zeitlich übereinstimmenden Daten umfassen die Batteriespannung VB(t) 403, den Batteriestrom IB 405, die Kraftmaschinendrehzahl N 407 und die geschätzte Gegen-EMK Ke 409 mit Bezug auf die Zeit, die auf der horizontalen Achse 410 gezeigt ist. Eine minimale Kraftmaschinendrehzahl ist bei Zeitpunkt T1 412 gezeigt und eine maximale Kraftmaschinendrehzahl ist bei Zeitpunkt T2 414 gezeigt. Wie gezeigt konvergiert die geschätzte Gegen-EMK Ke 409 unter Verwendung der Schätzroutine der kleinsten Quadrate auf einen Wert.
  • Ein Startermotor-Feststellungsschema 230 verwendet ein Schema 232 zur Berechnung des Funktionszustands und ein Schema 234 zur Justierung von Nennparametern, um den Funktionszustand 235 des Startermotors festzustellen. Das Schema 232 zur Berechnung des Funktionszustands und das Schema 234 zur Justierung von Nennparametern verwenden den geschätzten Startermotorwiderstandswert R ^e 221, den Starterspitzenstrom Ip 223, die geschätzte Gegen-EMK Ke 225, um einen Nennfunktionszustand beruhend auf einer Kraftmaschinenankurbelzeitspanne Ctime 227 zu justieren, und eine Startermotortemperatur TSM 229 in Ansprechen auf das Rücksetzsignal R 213, wobei andere Faktoren mit Bezug auf die Kraftmaschine, das Fahrzeug und Umgebungsbedingungen wie hier beschrieben berücksichtigt werden. Startermotor-Nennbetriebsparameter, welche die Ankurbelzeitspanne und die Gegen-EMK umfassen, sind mit dem Betrieb eines neuen oder vor kurzem eingefahrenen Startermotors verbunden, der gemäß aller Spezifikationen des Herstellers gefertigt wurde und bei Standardbedingungen für die Temperatur und den Druck betrieben wird. Die Ankurbelzeitspanne ist spezifisch für eine Kraftmaschine, an welcher er eingesetzt wird, und folglich beschreibt die Ankurbelzeitspanne, auf die hier Bezug genommen wird, die Kraftmaschinenankurbelzeitspanne. Der Funktionszustand des Startermotors kann beruhend auf dem geschätzten Startermotorwiderstandswert für das Startereignis im Vergleich mit einem Startermotor-Widerstandsnennwert und der geschätzten Gegen-EMK im Vergleich mit der Nenn-Gegen-EMK bestimmt werden, wobei der Startermotor-Widerstandsnennwert und die Nenn-Gegen-EMK justiert werden, um Variationen zu berücksichtigen, die durch eine Temperaturabweichung von einer Startermotor-Nenntemperatur verursacht werden.
  • Der Startermotor-Widerstandsnennwert und die Nenn-Gegen-EMK werden für die Startermotortemperatur TSM in Übereinstimmung mit den folgenden Beziehungen justiert: Radj_nom(TSM) = Rnom(1 + ρ(TSM – T0)) Ke_adj_nom(TSM) = Ke_nom(1 – β(TSM – T0)) [3] wobei Radj_nom(TSM) der Startermotor-Widerstandsnennwert bei der Startermotortemperatur TSM für einen funktionsfähigen Startermotor ist,
    Rnom ein Widerstandsnennwert bei einer Nenntemperatur T0 für einen funktionsfähigen Startermotor ist, der in Übereinstimmung mit Spezifikationen des Herstellers gebaut wurde,
    Ke_nom die Nenn-Gegen-EMK bei der Nenntemperatur T0 für den funktionsfähigen Startermotor ist,
    Ke_adj_nom(TSM) die Nenn-Gegen-EMK bei der Startermotortemperatur TSM für den funktionsfähigen Startermotor ist,
    ρ = 0,00393/°C für einen Kupferdraht ist, und ein temperaturbasierter Widerstandskoeffizient ist, und
    β = 0,002/°C für Ferritmaterial und ein temperaturbasierter EMK-Koeffizient ist.
  • Die Nenn-Gegen-EMK kann beruhend auf dem Startermotorwiderstandsnennwert justiert werden, der für die Startermotortemperatur TSM justiert wurde. Die nennweit- und temperaturjustierten Zustände für den Startermotorwiderstandswert, der geschätzte Startermotorwiderstandswert R ^e und die geschätzte Gegen-EMK Ke werden verwendet, um einen Funktionszustand der Verfügbarkeit einer Start/Stopp-Funktion (SOHstart_stop_avail) und einen Fehlerdetektions-Funktionszustand (SOHfault_detection) in Übereinstimmung mit den folgenden Beziehungen zu bestimmen.
  • Figure DE102015100971B4_0003
  • Ein endgültiger Funktionszustand des Startermotors kann beruhend auf einem Minimalwert aus dem Funktionszustand der Verfügbarkeit der Start/Stopp-Funktion und dem Fehlerdetektion-Funktionszustand, der beruhend auf einem Verhältnis aus der Ankurbelnennzeitspanne Ctime_nom und der gemessenen Ankurbelzeitspanne Ctime justiert wurde, bestimmt werden, wie in der folgenden Beziehung gezeigt ist:
    Figure DE102015100971B4_0004
    wobei Ctime die gemessene Ankurbelzeitspanne ist, und
    Ctime_nom die Nenn-Ankurbelzeitspanne ist, welche eine Bediener-Nennankurbelzeitspanne zum Starten der Kraftmaschine ist, wenn sich der Getriebebereichswahlhebel in Parkstellung befindet, und eine Stopp/Start-Nennankurbelzeitspanne ist, wenn sich der Getriebebereichswahlhebel in einem anderen Getriebebereich befindet.
  • Wieder mit Bezug auf 2 kann der Ausdruck 235 des Funktionszustands des Startermotors, der in Übereinstimmung mit den Gleichungen 4, 5 und 6 bestimmt wurde, in einem Entscheidungsblock 240 verwendet werden, um die Funktionsfähigkeit des Startermotors zu bewerten und einen Bedarf für eine zukünftige Maßnahme zu beurteilen. Dies umfasst, dass der Funktionszustand 235, die Fahrzeuggeschwindigkeit 206 und der Getriebebereichswahlhebel (PRNDL) 209 im Startermotor-Überwachungsschema 500 von 5 verwendet werden.
  • Wenn der Betrieb des Startermotors 14 innerhalb der Herstellerspezifikationen mit Justierungen aufgrund von Variationen bei der Betriebstemperatur liegt, befindet sich der Ausdruck für den Funktionszustand, der mit Bezug auf die Gleichungen 4, 5 und 6 bestimmt wird, bei oder in der Nähe von 100%. Eine Verschlechterung bei Komponenten und physikalischen und elektrischen Verbindungen im Startermotor aufgrund von zyklischen Temperaturschwankungen, Verschmutzungen, Verschleiß und anderen Faktoren kann eine Verschlechterung bei dem berechneten Ausdruck für den Funktionszustand bewirken. Funktionszustand-Schwellenwertniveaus können bestimmt werden, die mit minimal akzeptablen Niveaus der Leistung für ein Kraftmaschinenstartereignis verbunden sind, bei der Startermotorüberwachung von 5 verwendet werden.
  • 5 zeigt auf schematische Weise eine Ausführungsform des Startermotor-Überwachungsschemas 500 in Flussdiagrammform, um den Funktionszustand eines Startermotors für eine Brennkraftmaschine zu bewerten, z. B. für eine Ausführungsform des Startsystems 12 und der Kraftmaschine 10, die mit Bezug auf 1 beschrieben sind. Das Startermotor-Überwachungsschema 500 wird vorzugsweise im Steuerungsmodul 50 als eine oder mehrere Routinen und zugehörige Kalibrierungen ausgeführt, und es umfasst eine zweistufige Parameterschätzung von physikalischen Parametern des Startermotors, welche eine Schätzung des Startermotorwiderstandswerts beruhend auf einer Startspitzenspannung umfasst, der verwendet wird, um eine Gegen-EMK für den Startermotor zu schätzen. Der Startermotorwiderstandswert und die Gegen-EMK werden verwendet, um Funktionszustände zu bestimmen, welche als Teil der Startermotorüberwachung verwendet werden, um die Verfügbarkeit der Stopp/Start-Funktionalität einer Kraftmaschine zu bestimmen. Das in dem Startermotor-Überwachungsschema 500 verkörperte Verfahren wird ausgeführt, um einen Startermotor während eines Kraftmaschinenstartereignisses zu überwachen, um einen Fehler zu detektieren, der mit dem Startermotor 16 verbunden ist, während verfügbare Parameter überwacht werden, welche die Kraftmaschinendrehzahl, die Ankurbelspannung und die Ankurbelzeitspanne umfassen. Wie hier beschrieben wurde, bewertet das Startermotor-Überwachungsschema 500 das mit Bezug auf 1 beschriebene Startsystem 12, indem es die Kraftmaschinendrehzahl, die Zeitspanne und die Batteriespannung während des Ankurbelns der Kraftmaschine überwacht, ohne zusätzliche Erfassungssysteme zu benötigen. Tabelle 1 wird als Schlüssel bereitgestellt, wobei die numerisch beschrifteten Blöcke und die entsprechenden Funktionen wie folgt offengelegt sind. Tabelle 1
    Figur 5
    BLOCK BLOCKINHALTE
    502 Kraftmaschinenstart ausführen
    504 Ankurbeln durch Bediener?
    506 Funktionszustand des Startermotors bestimmen
    508 Ist Funktionszustand > erster Funktionszustandsschwellenwert?
    510 Kraftmaschinenstopp/start-Operation zulassen
    512 Zähler löschen
    520 Ist Funktionszustand < erster Funktionszustandsschwellenwert und > zweiter Funktionszustandsschwellenwert und ist Fflag = 0?
    522 Zähler inkrementieren
    524 Ist Zahler > Zählerschwellenwert?
    530 Ist Fahrzeug gestoppt und ist PRNDL = P?
    532 Ist Stopp/Start-Funktion einer Kraftmaschine zugelassen?
    534 Wird die Kraftmaschine gerade angekurbelt?
    536 Funktionszustand bestimmen
    538 Ist Funktionszustand > erster Funktionszustandsschwellenwert?
    540 Ist Funktionszustand < erster Funktionszustandsschwellenwert und > zweiter Funktionszustandsschwellenwert und ist Fflag = 0?
    542 Kraftmaschinenstopp/start-Operation während des aktuellen Zündzyklus deaktivieren
    550 Kraftmaschinenstopp/start-Operation deaktivieren und Fahrzeugbediener alarmieren
  • Während jedes Schlüsseleinschaltereignisses des Fahrzeugs (502) leitet das Startermotor-Überwachungsschema 500 den Betrieb ein, indem es zunächst feststellt, ob ein Ankurbeln der Kraftmaschine durch einen Fahrzeugbediener eingeleitet worden ist, z. B. in der Form eines Schlüsseleinschaltereignisses, eines entfernten Startereignisses oder einer anderen vom Bediener eingeleiteten Aktion (504). Wenn der Fahrzeugbediener das Kraftmaschinenankurbeln eingeleitet hat (504)(1), wird ein Funktionszustand des Startermotors bestimmt (506), wobei vorzugsweise Routinen ausgeführt werden, die ausführbare Formen der Gleichungen 1 bis 6 verwenden. Der Startermotor-Funktionszustand wird mit einem ersten Funktionszustandsschwellenwert verglichen (Funktionszustand > erster Funktionszustandsschwellenwert?) (508). Wenn der Funktionszustand des Startermotors größer als der erste Funktionszustandsschwellenwert ist (508)(1), wird die Stopp/Start-Funktion der Kraftmaschine für das gegenwärtige Schlüsseleinschaltereignis zugelassen (510), was ein Löschen eines Fehlerzählers umfasst (512).
  • Wenn der Funktionszustand des Startermotors kleiner als erste Funktionszustandsschwellenwert ist (508)(0), wird der Funktionszustand des Startermotors mit einem zweiten Funktionszustandsschwellenwert verglichen (Funktionszustand > zweiter Funktionszustandsschwellenwert?) und festgestellt, ob ein Fehlermerker gesetzt wurde (Fflag = 0?) (520). Wenn entweder der Funktionszustand des Startermotors niedriger als der zweite Funktionszustandsschwellenwert ist oder ein Fehlermerker zuvor gesetzt worden ist (520)(0), wird die Start/Stopp-Funktion der Kraftmaschine deaktiviert und der Fahrzeugbediener wird alarmiert (550). Wenn der Funktionszustand des Startermotors größer als der zweite Funktionszustandsschwellenwert ist und zuvor kein Fehlermerker gesetzt worden ist (520)(1), wird ein Fehlerzähler inkrementiert (522) und der Fehlerzähler wird mit einem Zählerschwellenwert verglichen (524). Wenn der Fehlerzähler kleiner als der Zählerschwellenwert ist (524)(0), leitet das Startermotor-Überwachungsschema 500 die Ausführung erneut ein (504). Wenn der Fehlerzähler größer als der Zählerschwellenwert ist (524)(1), wird die Stopp/Start-Funktion der Kraftmaschine deaktiviert und der Fahrzeugbediener wird alarmiert (550).
  • Wenn der Fahrzeugbediener das Ankurbeln der Kraftmaschine nicht eingeleitet hat (504)(0), wird festgestellt, ob das Fahrzeug gestoppt ist, wobei sich der Getriebebereichswahlhebel in der Parkposition befindet (530). Wenn dies zutrifft (530)(1), leitet das Startermotor-Überwachungsschema 500 die Ausführung erneut ein (504). Wenn nicht (530)(0), wird festgestellt, ob die Stopp/Start-Funktion der Kraftmaschine aktiviert ist (532). Wenn nicht (532)(0), leitet das Startermotor-Überwachungsschema 500 die Ausführung erneut ein (504).
  • Wenn die Stopp/Start-Funktion der Kraftmaschine aktiviert ist (532)(1), überwacht das Startermotor-Überwachungsschema 500 bei jedem Schlüsseleinschaltereignis, um ein Ankurbeln der Kraftmaschine zu detektieren, das durch die Stopp/Start-Funktion der Kraftmaschine eingeleitet wird (534). Wenn das Ankurbeln der Kraftmaschine durch die Stopp/Start-Funktion der Kraftmaschine eingeleitet wird (534)(1), wird der Funktionszustand des Startermotors bestimmt (536), vorzugsweise durch Ausführen von Routinen, die ausführbare Formen der Gleichungen 1 bis 6 verwenden. Der Funktionszustand des Startermotors wird mit einem ersten Funktionszustandsschwellenwert verglichen (Funktionszustand > erster Funktionszustandsschwellenwert?) (538). Wenn der Funktionszustand des Startermotors größer als der erste Funktionszustandsschwellenwert ist (538)(1), bleibt die Stopp/Start-Funktion einer Kraftmaschine für das gegenwärtige Schlüsseleinschaltereignis weiterhin aktiviert, und die Ausführung des Startermotor-Überwachungsschemas 500 wartet auf eine weitere Iteration des Ankurbelns der Kraftmaschine, um die Überwachung neu einzuleiten.
  • Wenn der Funktionszustand des Startermotors kleiner als der erste Funktionszustandsschwellenwert ist (538)(0), wird der Funktionszustand des Startermotors mit einem zweiten Funktionszustandsschwellenwert verglichen (Funktionszustand > zweiter Funktionszustandsschwellenwert?) und festgestellt, ob ein Fehlermerker gesetzt worden ist (Fflag = 0?)(540). Wenn entweder der Funktionszustand des Startermotors kleiner als der zweite Funktionszustandsschwellenwert ist oder ein Fehlermerker zuvor gesetzt worden ist (540)(0), wird die Stopp/Start-Funktion der Kraftmaschine abgeschaltet und der Fahrzeugbediener wird alarmiert (550). Wenn der Funktionszustand des Startermotors größer als der zweite Funktionszustandsschwellenwert ist und zuvor kein Fehlermerker gesetzt worden ist (540)(1), deaktiviert das Startermotor-Überwachungsschema 500 die Stopp/Start-Funktion der Kraftmaschine für den gegenwärtigen Zündzyklus (542). Auf diese Weise wird der Funktionszustand des Startermotors während eines Kraftmaschinenstartereignisses bewertet, um einen Fehler zu detektieren, der mit dem Startermotor verbunden ist.
  • Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Modifikationen dazu beschrieben. Weitere Modifikationen und Veränderungen können anderen beim Lesen und Verstehen der Beschreibung begegnen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist, die als die beste Art angesehen werden, um diese Offenbarung auszuführen, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims (9)

  1. Verfahren (500) zum Überwachen eines elektrisch betriebenen Startermotors (16) für einen Starter einer Brennkraftmaschine (10), wobei das Verfahren (500) umfasst, dass: ein Startermotorwiderstandswert bestimmt wird, der mit einem Kraftmaschinenstartereignis verbunden ist; eine Gegen-EMK für den Startermotor (16) beruhend auf dem Startermotorwiderstandswert bestimmt wird; ein Funktionszustand (SOH) des Startermotors (16) bestimmt wird (506, 536), der der Gegen-EMK des Startermotors (16) und einer gemessenen Zeitspanne zum Ankurbeln der Kraftmaschine (10) entspricht; wobei das Bestimmen (506, 536) des Funktionszustands (SOH) des Startermotors (16) umfasst, dass der Funktionszustand (SOH) beruhend auf einem minimalen Funktionszustand aus einem Funktionszustand der Verfügbarkeit der Start/Stopp-Funktion und einem Fehlerdetektions-Funktionszustand bestimmt wird, wobei der minimale Funktionszustand beruhend auf einem Verhältnis einer Kraftmaschinenankurbel-Nennzeitspanne und der gemessenen Kraftmaschinenankurbelzeitspanne justiert wird; und eine Stopp/Start-Funktionalität der Kraftmaschine (10) beruhend auf dem Funktionszustand (SOH) des Startermotors (16) gesteuert wird.
  2. Verfahren (500) nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Gegen-EMK für den Startermotor (16) beruhend auf dem Startermotorwiderstandswert umfasst, dass der Startermotorwiderstandswert verwendet wird, um die Gegen-EMK in Übereinstimmung mit den folgenden Beziehungen zu schätzen: y(t) = φ(t)θ = VB(t) – IBR ^e φ(t) = Nspd, θ = Ke wobei VB(t) eine Batteriespannung, IB ein Batteriestrom ist, R ^e ein Schätzwert des Startermotorwiderstandswerts ist, Nspd eine Drehzahl des Startermotors ist, und Ke die geschätzte Gegen-EMK ist.
  3. Verfahren (500) nach Anspruch 2, wobei der geschätzte Startermotorwiderstandswert für das Startereignis in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung bestimmt wird:
    Figure DE102015100971B4_0005
    wobei R ^e der geschätzte Startermotorwiderstandswert ist, Vmin eine minimale Starterspannung während des Startereignisses ist, und Ip ein Starterstromspitzenwert während des Startereignisses ist.
  4. Verfahren (500) nach Anspruch 2, wobei das Verwenden des Startermotorwiderstandswerts zum Schätzen der Gegen-EMK ferner umfasst, dass eine Schätzroutine der kleinsten Quadrate angewendet wird, um die geschätzte Gegen-EMK für den Batteriestrom und die Batteriespannung während des Kraftmaschinenstartereignisses zu konvergieren.
  5. Verfahren (500) nach Anspruch 1, wobei der Funktionszustand der Verfügbarkeit der Start/Stopp-Funktion in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung bestimmt wird:
    Figure DE102015100971B4_0006
    wobei Ke eine geschätzte Gegen-EMK ist, Ke-nom eine Nenn-Gegen-EMK ist, die beruhend auf einem Startermotor-Widerstandsnennwert, der für die Startermotortemperatur TSM justiert ist, justiert wird, Rnom ein Startermotor-Widerstandsnennwert ist und R ^e ein Schätzwert des Startermotorwiderstandswerts ist.
  6. Verfahren (500) nach Anspruch 1, wobei der Fehlerdetektions-Funktionszustand in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung bestimmt wird:
    Figure DE102015100971B4_0007
    wobei Ke eine geschätzte Gegen-EMK ist, Ke_adj_nom eine geschätzte Nenn-Gegen-EMK ist, die für die Startermotortemperatur justiert ist, R ^e ein Schätzwert des Startermotorwiderstandswerts ist, Radj_nom ein Startermotor-Widerstandsnennwert ist, der für die Startermotortemperatur justiert ist.
  7. Verfahren (500) nach Anspruch 6, wobei der für die Startermotortemperatur justierte Startermotor-Widerstandsnennwert in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung bestimmt wird: Radj_nom(TSM) = Rnom(1 + ρ(TSM – T0)) wobei Radj_nom(TSM) der Startermotor-Widerstandsnennwert ist, der für eine Startermotortemperatur TSM justiert ist, Rnom der Startermotor-Widerstandsnennwert bei einer Nenntemperatur T0 ist, und ρ ein temperaturbasierter Widerstandskoeffizient ist.
  8. Verfahren (500) nach Anspruch 6, wobei die für die Startermotortemperatur justierte geschätzte Nenn-Gegen-EMK in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung bestimmt wird: Ke_adj_nom(TSM) = Ke_nom(1 – β(TSM – T0)) wobei Ke_nom die Nenn-Gegen-EMK bei einer Nenntemperatur T0 ist, Ke-adj_nom(TSM) die Nenn-Gegen-EMK bei einer Startermotortemperatur TSM ist, und β ein temperaturbasierter EMK-Koeffizient ist.
  9. Verfahren (500) nach Anspruch 1, wobei das Steuern der Stopp/Start-Funktionalität der Kraftmaschine (10) beruhend auf dem Funktionszustand (SOH) des Startermotors (16) umfasst, dass die Stopp/Start-Funktionalität der Kraftmaschine (10) für einen gegenwärtigen Schlüsseleinschaltzyklus des Fahrzeugs deaktiviert wird, wenn der Funktionszustand (SOH) des Startermotors (16) kleiner als einer erster Funktionszustandsschwellenwert ist.
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