DE102017210981A1

DE102017210981A1 - Verarbeitungseinheit zur Überwachung eines Starters für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102017210981A1
Application number: DE102017210981.5A
Authority: DE
Inventors: Peter von Holt; Frank Vogel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2019-01-03
Also published as: CN110621870B; EP3645861A2; CN110621870A; WO2019001972A3; WO2019001972A2

Abstract

Es wird eine Verarbeitungseinheit zur Überwachung eines elektrisch betriebenen Starters beschrieben, der eingerichtet ist, einen Verbrennungsmotor bei einem Startvorgang anzutreiben. Die Verarbeitungseinheit ist eingerichtet, Leistungs-Information in Bezug auf elektrische Leistung zu ermitteln, die dem Starter während eines Startvorgangs des Verbrennungsmotors zugeführt wird. Außerdem ist die Verarbeitungseinheit eingerichtet, Drehzahl-Information in Bezug auf eine Drehzahl des Verbrennungsmotors während des Startvorgangs zu ermitteln. Des Weiteren ist die Verarbeitungseinheit eingerichtet, auf Basis der Leistungs-Information und auf Basis der Drehzahl-Information eine Diagnose des Startvorgangs und/oder des Starters durchzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verarbeitungseinheit und ein entsprechendes Verfahren zur Überwachung eines Starters für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs.
Ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor weist typischerweise einen Starter auf, der dazu verwendet wird, den Verbrennungsmotor anzudrehen, damit mindestens ein Ansaug- und Verdichtungstakt durchgeführt wird und damit der Verbrennungsmotor starten kann. Der Starter umfasst typischerweise einen elektrischen Motor, insbesondere einen Gleichstrommotor, der mit elektrischer Energie aus einem elektrischen Bordnetz (insbesondere einen Niedervolt-Bordnetz bei einer Bordnetzspannung von 60V oder weniger, typischerweise 12V oder 48V) des Fahrzeugs betrieben wird.
Der Fahrer eines Fahrzeugs kann eine Zündung des Fahrzeugs betätigen (z.B. über einen Start-Knopf des Fahrzeugs). In Reaktion darauf wird der Starter veranlasst, die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors anzutreiben, um den Verbrennungsmotor bis zur Startdrehzahl des Verbrennungsmotors zu beschleunigen, damit der Verbrennungsmotor starten kann.
Es kann vorkommen, dass der Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs nicht durch den Starter auf die notwendige Startdrehzahl beschleunigt werden kann oder trotz der erreichten, erforderlichen Startdrehzahl der Startvorgang erfolglos war. Mit anderen Worten, es kann sein, dass ein Startvorgang erfolglos ist, und der Verbrennungsmotor nicht gestartet werden kann. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, in präziser und effizienter Weise den Starter für einen Verbrennungsmotor zu überprüfen, insbesondere um Startschwierigkeiten eines Verbrennungsmotors zu verhindern.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Gemäß einem Aspekt wird eine Verarbeitungseinheit zur Überwachung eines elektrisch betriebenen Starters beschrieben. Die Verarbeitungseinheit kann ein oder mehrere Merkmale einer anderen in diesem Dokument beschriebenen Verarbeitungseinheit aufweisen. Der Starter ist eingerichtet, einen Verbrennungsmotor bei einem Startvorgang anzutreiben. Zu diesem Zweck umfasst der Starter z.B. einen Elektromotor, insbesondere einen Gleichstrommotor, dem elektrische Leistung zugeführt werden kann, um ein Drehmoment zum Antrieb der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu generieren. Für einen Startvorgang kann ein Nutzer über eine Nutzerschnittstelle (z.B. über ein Zündschloss oder über einen Startknopf) veranlassen, dass dem Starter aus einem Bordnetz, insbesondere aus dem elektrischen Bordnetz eines Fahrzeugs, elektrische Leistung zugeführt wird. Der Verbrennungsmotor (insbesondere die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors) wird daraufhin von dem Starter angetrieben. Nach einer bestimmten Zeitdauer kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors ausreichend hoch für einen Start des Verbrennungsmotors sein. Der Verbrennungsmotor wird nach einem erfolgreichen Startvorgang typischerweise ausschließlich über den Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors angetrieben. Andererseits kann es vorkommen, dass ein Startvorgang erfolglos ist, und kein Start des Verbrennungsmotors erfolgt. Die Verarbeitungseinheit kann eingerichtet sein, Information in Bezug auf eine Ursache eines erfolglosen Startvorgangs zu ermitteln.
Die Verarbeitungseinheit ist eingerichtet, Leistungs-Information in Bezug auf elektrische Leistung zu ermitteln, die dem Starter während eines Startvorgangs des Verbrennungsmotors zugeführt wird. Die elektrische Leistung hängt typischerweise von der Starter-Spannung ab, die an dem Starter anliegt und/oder von dem Starter-Strom, der in den Starter fließt. Insbesondere ergibt sich die elektrische Leistung aus dem Produkt der Starter-Spannung und dem Starter-Strom. Die Leistungs-Information kann die Starter-Spannung während des Startvorgangs, insbesondere zu Beginn des Startvorgangs, anzeigen. Durch die an dem Starter anliegende Starter-Spannung kann ein bestimmter Drehmoment / Drehzahl - Zusammenhang des Starters bewirkt werden (der typischerweise durch eine entsprechende Kennlinie beschrieben wird). Der Wert der Starter-Spannung kann durch eine Spannungsmesseinheit erfasst werden.
Die Verarbeitungseinheit kann weiter eingerichtet sein, Drehzahl-Information in Bezug auf die Drehzahl des Verbrennungsmotors während des Startvorgangs zu ermitteln. Die Drehzahl-Information kann die Drehzahl, insbesondere die maximale Drehzahl, des Verbrennungsmotors während des Startvorgangs anzeigen. Die Drehzahl kann über eine Drehzahlmesseinheit des Verbrennungsmotors ermittelt werden.
Außerdem ist die Verarbeitungseinheit eingerichtet, auf Basis der Leistungs-Information und auf Basis der Drehzahl-Information eine Diagnose des Startvorgangs und/oder des Starters durchzuführen. Der Startvorgang kann erfolgreich (wenn der Verbrennungsmotor gestartet wurde) oder erfolglos (wenn der Verbrennungsmotor nicht gestartet wurde) verlaufen sein. Die Verarbeitungseinheit kann eingerichtet sein, ein oder mehrere Indizien für die Ursache eines erfolglosen Startvorgangs zu ermitteln. Durch die Berücksichtigung der Leistungs-Information (insbesondere der Starter-Spannung) in Kombination mit der Drehzahl-Information (insbesondere der Drehzahl) kann eine zuverlässige und präzise Analyse des Zustands eines Starters, eines Verbrennungsmotors und/oder eines Bordnetzes in Bezug auf einen Startvorgang ermittelt werden.
Die Verarbeitungseinheit kann eingerichtet sein, auf Basis der Leistungs-Information und auf Basis der Drehzahl-Information zumindest einen Kennfeld-Punkt in einem Kennfeld des Starters zu ermitteln. Dabei kann das Kennfeld einen Zusammenhang zwischen der elektrischen Leistung des Starters und der erwarteten Drehzahl des Verbrennungsmotors anzeigen. Insbesondere kann das Kennfeld einen Zusammenhang zwischen dem Drehmoment bzw. dem Starter-Strom des Starters und der Drehzahl des Verbrennungsmotors bzw. des Starters anzeigen. Das Kennfeld des Starters kann im Vorfeld durch Messungen erfasst und in einer Speichereinheit (z.B. einer Speichereinheit eines Fahrzeugs) abgespeichert worden sein. Das Kennfeld eines Starters hängt typischerweise von dem Verbrennungsmotor ab, den der Starter antreibt.
Das Kennfeld kann eine Mehrzahl von Kennlinien für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Starter-Spannungen (d.h. für unterschiedliche Spannungswerte der Starter-Spannung) umfassen. Dabei kann eine Kennlinie einen Zusammenhang zwischen einem von dem Starter erzeugten Drehmoment bzw. einem dem Starter zugeführten Strom und einer von dem Starter bewirkten bzw. zu bewirkenden Drehzahl des Verbrennungsmotors anzeigen (typischerweise für den Fall eines korrekt funktionierenden Starters). Auf Basis der Leistungs-Information (insbesondere auf Basis des Spannungswertes der Starter-Spannung) kann somit eine Kennlinie aus der Mehrzahl von Kennlinien ausgewählt werden. Aus der Drehzahl-Information (insbesondere der Drehzahl des Verbrennungsmotors bei dem Startvorgang) ergibt sich dann ein Punkt auf der ausgewählten Kennlinie. Dieser Punkt kann dem Kennfeld-Punkt des Startvorgangs entsprechen. Die Diagnose des Startvorgangs und/oder des Starters kann dann auf Basis der Lage des Kennfeld-Punktes innerhalb des Kennfelds durchgeführt werden. So kann eine besonders effiziente und präzise Diagnose ermöglicht werden.
Das Kennfeld des Starters kann eine Mehrzahl von unterschiedlichen Bereichen umfassen bzw. kann in eine Mehrzahl von unterschiedlichen Bereichen unterteilt sein. Die unterschiedlichen Bereiche können sich dabei jeweils über unterschiedliche Drehzahl-Bereiche und/oder Leistungs-Bereiche bzw. Drehmoment- und/oder Strom-Bereiche bzw. Starter-Spannungs-Bereiche erstrecken. Das Durchführen der Diagnose kann das Ermitteln umfassen, in welchen Bereich des Kennfeldes der Kennfeld-Punkt des Startvorgangs fällt. Der ermittelte Bereich kann dann Information in Bezug auf den Startvorgang anzeigen.
Wie bereits oben dargelegt, kann das Kennfeld des Starters, den Zusammenhang zwischen dem Drehmoment bzw. dem Starter-Strom einerseits und der Drehzahl des Verbrennungsmotors andererseits anzeigen. Das Kennfeld kann durch die Mehrzahl von Kennlinien für die Mehrzahl von unterschiedlichen Starter-Spannungen durchkreuzt werden. Die Bereiche können einerseits durch ein oder mehrere querverlaufende Kennlinien und anderseits durch ein oder mehrere parallel zu der Drehmoment / Starter-Strom Achse verlaufende Geraden für eine konstante Drehzahl begrenzt werden. Die Bereiche können somit zumindest teilweise trapezförmig sein. Die Kennlinien können jedoch auch andere Verläufe (z.B. konvexe Verläufe) aufweisen, so dass sich beliebig geformte Bereiche ergeben können.
Zur Festlegung der unterschiedlichen Bereiche können unterschiedliche Starter-Spannungswerte festgelegt werden. Ein erster Starter-Spannungswert kann derart sein, dass Starter-Spannungen unterhalb des ersten Starter-Spannungswertes ein Indiz für eine unzureichende elektrische Leistung für den Starter bei einem Startvorgang darstellen. Mit einer Start-Spannung unterhalb des ersten Starter-Spannungswertes kann somit typischerweise kein erfolgreicher Startvorgang bewirkt werden.
Ein zweiter Starter-Spannungswert kann derart sein, dass Starter-Spannungen oberhalb des zweiten Starter-Spannungswertes ein Indiz für eine Überspannungssituation des Starters darstellen. Durch eine Starter-Spannung oberhalb des zweiten Starter-Spannungswertes kann somit eine Schädigung und/oder Beeinträchtigung des Starters bewirkt werden.
Des Weiteren kann ein Leistungsunterbrechungs-Spannungswert definiert werden, wobei der Leistungsunterbrechungs-Spannungswert derart ist, dass Starter-Spannungen unterhalb des Leistungsunterbrechungs-Spannungswertes ein Indiz für eine Leistungsunterbrechung der elektrischen Leistung für den Starter darstellen. Eine Starter-Spannung unterhalb des Leistungsunterbrechungs-Spannungswertes kann somit auf ein Problem bei der Energieversorgung des Starters hinweisen. Typischerweise ist der erste Starter-Spannungswert kleiner als der zweite Starter-Spannungswert und größer als der Leistungsunterbrechungs-Spannungswert.
In entsprechender Weise können unterschiedliche Drehzahl-Schwellenwerte definiert werden. Ein Mindest-Drehzahl-Schwellenwert kann derart definiert sein, dass Drehzahlen unterhalb des Mindest-Drehzahl-Schwellenwertes ein Indiz für eine Leistungsunterbrechung des Starters darstellen. Des Weiteren kann ein erster Drehzahl-Schwellenwert derart festgelegt werden, dass Drehzahlen unter dem ersten Drehzahl-Schwellenwert ein Indiz für eine Blockade des Starters darstellen. Außerdem kann ein zweiter Drehzahl-Schwellenwert derart definiert sein, dass Drehzahlen über dem zweiten Drehzahl-Schwellenwert typischerweise zu einem Start des Verbrennungsmotors führen. Der zweite Drehzahl-Schwellenwert kann eine Mindestdrehzahl für einen erfolgreichen Start des Verbrennungsmotors sein.
Der erste Drehzahl-Schwellenwert ist typischerweise größer als der Mindest-Drehzahl-Schwellenwert und kleiner als der zweite Drehzahl-Schwellenwert.
Durch die Kennlinien der unterschiedlichen Starter-Spannungswerte und durch die Geraden der unterschiedlichen Drehzahl-Schwellenwerte können unterschiedliche (nicht-überlappende) Bereiche des Kennfelds definiert werden.
Die Mehrzahl von Bereichen kann z.B. einen ersten Bereich für eine Starter-Spannung zwischen dem ersten Starter-Spannungswert und dem zweiten Starter-Spannungswert sowie für eine Drehzahl zwischen dem ersten Drehzahl-Schwellenwert und dem zweiten Drehzahl-Schwellenwert umfassen. Der erste Bereich kann somit durch die Kennlinie für den ersten Starter-Spannungswert und durch die Kennlinie für den zweiten Starter-Spannungswert begrenzt sein. Des Weiteren kann der erste Bereich durch die Gerade für den konstanten ersten Drehzahl-Schwellenwert und durch die Gerade für den konstanten zweiten Drehzahl-Schwellenwert begrenzt sein. Der erste Bereich kann anzeigen, dass der Starter bei dem Startvorgang einem zu hohen Gegenmoment ausgesetzt war oder dass der Starter bei dem Startvorgang ein erforderliches Drehmoment nicht aufbringen konnte.
Die Mehrzahl von Bereichen kann einen zweiten Bereich für eine Starter-Spannung unterhalb des ersten Starter-Spannungswertes und für eine Drehzahl zwischen dem ersten Drehzahl-Schwellenwert und dem zweiten Drehzahl-Schwellenwert umfassen. Der zweite Bereich kann anzeigen, dass die Starter-Spannung nicht ausreichend für den Startvorgang war.
Die Mehrzahl von Bereichen kann einen dritten Bereich für eine Starter-Spannung oberhalb des Leistungsunterbrechungs-Spannungswertes und für eine Drehzahl unterhalb des ersten Drehzahl-Schwellenwertes umfassen. Der dritte Bereich kann anzeigen, dass der Starter bei dem Startvorgang blockiert war.
Die Mehrzahl von Bereichen kann einen vierten Bereich für eine Starter-Spannung unterhalb des ersten Starter-Spannungswertes und für eine Drehzahl oberhalb des zweiten Drehzahl-Schwellenwertes umfassen. Der vierte Bereich kann anzeigen, dass ein zukünftiger Startvorgang aufgrund einer unzureichenden elektrischen Leistungsversorgung des Starters gefährdet ist.
Die Mehrzahl von Bereichen kann einen fünften Bereich für eine Starter-Spannung oberhalb des zweiten Starter-Spannungswertes umfassen. Der fünfte Bereich kann anzeigen, dass die Starter-Spannung zu hoch ist und den Starter beeinträchtigen und/oder schädigen könnte.
Die Mehrzahl von Bereichen kann einen sechsten Bereich für eine Starter-Spannung zwischen dem ersten Starter-Spannungswert und dem zweiten Starter-Spannungswert und für eine Drehzahl oberhalb des zweiten Drehzahl-Schwellenwertes umfassen. Der sechste Bereich kann anzeigen, dass der Starter, der Verbrennungsmotor und/oder das Bordnetz zur elektrischen Energieversorgung des Starters in Ordnung sind bzw. korrekt funktionieren.
Die Mehrzahl von Bereichen kann einen siebten Bereich für eine Starter-Spannung unterhalb des Leistungsunterbrechungs-Spannungswertes und für eine Drehzahl unterhalb des Mindest-Drehzahl-Schwellenwertes umfassen. Der siebte Bereich kann anzeigen, dass während des Startvorgangs eine Leistungsunterbrechung des Starters vorlag.
Durch die Festlegung von unterschiedlichen Bereichen des Kennfelds kann eine effiziente und präzise Diagnose eines Startvorgangs erfolgen. So kann in präziser Weise die Ursache für einen erfolglosen Startvorgang ermittelt werden
Die Verarbeitungseinheit kann somit eingerichtet sein, auf Basis der Leistungs-Information zu ermitteln, ob die Starter-Spannung bei dem Startvorgang über oder unter dem Leistungsunterbrechungs-Spannungswert lag, und/oder ob die Starter-Spannung bei dem Startvorgang über oder unter dem ersten Starter-Spannungswert lag und/oder ob die Starter-Spannung bei dem Startvorgang über oder unter dem zweiten Starter-Spannungswert lag. Des Weiteren kann die Verarbeitungseinheit eingerichtet sein, auf Basis der Drehzahl-Information zu ermitteln, ob die Drehzahl des Verbrennungsmotors bei dem Startvorgang über oder unter dem Mindest-Drehzahl-Schwellenwert lag, und/oder ob die Drehzahl des Verbrennungsmotors bei dem Startvorgang über oder unter dem ersten Drehzahl-Schwellenwert lag, und/oder ob die Drehzahl des Verbrennungsmotors bei dem Startvorgang über oder unter dem zweiten Drehzahl-Schwellenwert lag. Die Diagnose eines Startvorgangs kann somit in effizienter Weise durch Vergleichsoperationen erfolgen.
Es können dann in Abhängigkeit der Diagnose ein oder mehrere Maßnahmen durchgeführt werden, um die Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein zukünftiger Startvorgang erfolgreich ist, zu erhöhen. Insbesondere kann eine Ausgabe bezüglich der Diagnose erfolgen (z.B. in einem Fehlerspeicher eines Fahrzeugs und/oder über eine Nutzerschnittstelle eines Fahrzeugs). Die Ausgabe kann den Bereich anzeigen, in dem der Kennfeld-Punkt eines Startvorgangs liegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Verarbeitungseinheit zur Überwachung eines elektrisch betriebenen Starters beschrieben, der eingerichtet ist, einen Verbrennungsmotor bei einem Startvorgang anzutreiben. Die Verarbeitungseinheit kann ein oder mehrere Merkmale einer anderen in diesem Dokument beschriebenen Verarbeitungseinheit aufweisen.
Die Verarbeitungseinheit ist eingerichtet, Leistungs-Information in Bezug auf elektrische Leistung zu ermitteln, die dem Starter während eines Startvorgangs des Verbrennungsmotors zugeführt wird. Die Leistungs-Information kann die Energiemenge anzeigen, die dem Starter während eines Startvorgangs zugeführt wurde. Des Weiteren ist die Verarbeitungseinheit eingerichtet, auf Basis eines thermischen Modells des Starters Abkühl-Information in Bezug auf thermische Leistung zu ermitteln, die von dem Starter zwischen dem Startvorgang und einem nachfolgenden Startvorgang abgeführt wird. Die Verarbeitungseinheit kann dann auf Basis der Leistungs-Information für eine Sequenz von Startvorgängen und auf Basis der Abkühl-Information für die Sequenz von Startvorgängen, Energie-Information in Bezug auf eine im Starter an einem bestimmten Zeitpunkt kumulierte Energiemenge ermitteln. Insbesondere kann ermittelt werden, ob der Starter an dem bestimmten Zeitpunkt eine derart große Menge an (thermischer) Energie aufweist, dass der Starter geschädigt werden könnte.
Die Verarbeitungseinheit kann dann in Abhängigkeit von der Energie-Information bzw. von der kumulierten Energiemenge eine Maßnahme zum Schutz des Starters veranlassen. Insbesondere kann ermittelt werden, ob die kumulierte Energiemenge an dem bestimmten Zeitpunkt größer oder kleiner als eine Schwellenwert ist. Es können dann bei Erreichen bzw. Überschreiten von ein oder mehreren unterschiedlichen Energie-Schwellenwerten ein oder mehrere unterschiedliche Maßnahmen eingeleitet werden. Beispielsweise kann bei Erreichen bzw. Überschreiten eines ersten Energie-Schwellenwerts ein Warnhinweis auf eine drohende Überlastung des Starters als Maßnahme bewirkt werden. Des Weiteren kann bei Erreichen bzw. Überschreiten eines zweiten (höheren) Energie-Schwellenwerts als Schutzmaßnahme ein weiterer Startvorgang unterbunden werden (z.B. bis die kumulierte Energiemenge unter einen bestimmten Energie-Schwellenwert absinkt). Es kann somit ein sicherer Betrieb eines Starters ermöglicht werden.
Zur Ermittlung der kumulierten Energiemenge kann von einer (mittleren) positiven Energiemenge ausgegangen werden, die dem Starter bei Betrieb des Starters pro Zeiteinheit zugeführt wird. Andererseits kann von einer (mittleren) negative Energiemenge pro Zeiteinheit ausgegangen werden, die dem Starter bei Nicht-Betrieb entnommen wird. So kann die an einem bestimmten Zeitpunkt kumulierte Energiemenge im Starter in effizienter Weise mittels Zeitmessung ermittelt werden. Insbesondere kann die Energie-Information direkt auf Basis der Zeit ermittelt werden, die der Starter in Betrieb war, und auf Basis der Zeit ermittelt werden, die der Start nicht in Betrieb war. Es wird somit eine besonders effiziente Überwachung des Starters ermöglicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Verarbeitungseinheit zur Überwachung eines elektrisch betriebenen Starters beschrieben, der eingerichtet ist, einen Verbrennungsmotor bei einem Startvorgang anzutreiben. Die Verarbeitungseinheit kann ein oder mehrere Merkmale deiner anderen in diesem Dokument beschriebenen Verarbeitungseinheit aufweisen.
Die Verarbeitungseinheit ist eingerichtet, eine Vielzahl von Start-Zeitdauern und/oder eine Vielzahl von Ruhe-Zeitdauern für eine Vielzahl von zeitlich aufeinander folgenden Startvorgängen des Verbrennungsmotors zu ermitteln (z.B. für N=100, 1000 oder mehr Startvorgänge). Dabei kann die Start-Zeitdauer die Zeitdauer eines Startvorgangs anzeigen (bis zu einem erfolgreichen Start des Verbrennungsmotors bzw. bis zu einem Abbruch des Startvorgangs). Andererseits kann die Ruhe-Zeitdauer die Zeitdauer zwischen zwei direkt aufeinander folgenden (erfolgreichen oder erfolglosen) Startvorgängen anzeigen.
Die Verarbeitungseinheit kann weiter eingerichtet sein, eine statistische Analyse der Vielzahl von Start-Zeitdauern und/oder der Vielzahl von Ruhe-Zeitdauern durchzuführen. Insbesondere kann eine statistische Verteilung der Start-Zeitdauern und/oder der Ruhe-Zeitdauern ermittelt werden. Des Weiteren kann eine mittlere Start-Zeitdauer und/oder eine mittlere Ruhe-Zeitdauer ermittelt werden.
Es kann dann auf Basis der statistischen Analyse eine Maßnahme bezüglich des Starters veranlasst werden. Beispielsweise kann bei Vorliegen einer zu hohen mittleren Start-Zeitdauer (die oberhalb eines Start-Zeitdauer-Schwellenwertes liegt) ein Hinweis ausgegeben werden, dass der Starter bzw. das gesamte Startsystem aus Starter, Verbrennungsmotor und Bordnetz gewartet werden sollte (um eine Beeinträchtigung zu beseitigen und um die Start-Zeitdauer zu verkürzen). Des Weiteren kann bei Vorliegen einer zu kurzen mittleren Ruhe-Zeitdauer (die unterhalb eines Ruhe-Zeitdauer-Schwellenwertes liegt) ein Hinweis ausgegeben werden, dass der Starter frühzeitig ausgetauscht werden sollte (da die Belastung des Starters ausgesprochen hoch ist).
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Straßenkraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das eine in diesem Dokument beschriebene Verarbeitungseinheit umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt werden Verfahren beschrieben, die den in diesem Dokument beschriebenen Verarbeitungseinheiten entsprechen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch eines der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch eines der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

1 ein beispielhaftes elektrische Bordnetz eines Fahrzeugs mit einem Starter für einen Verbrennungsmotor;
2 beispielhafte Kenndaten eines Starters;
3 einen beispielhaften Energieverlauf eines Starters bei einer Sequenz von Startversuchen;
4a eine beispielhafte statistische Verteilung der Start-Zeitdauern eines Starters;
4b eine beispielhafte statistische Verteilung der Ruhe-Zeitdauern eines Starters zwischen direkt aufeinanderfolgenden Startversuchen; und
5 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Überprüfung eines Starters.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der zuverlässigen und effizienten Ermittlung von Zustandsinformation bezüglich des Startsystems eines Fahrzeugs. In diesem Zusammenhang zeigt 1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Niedervolt (NV) - Bordnetzes 100. Das Bordnetz 100 weist typischerweise eine Nennspannung von 12V - 14V auf, und wird daher häufig auch als 12V oder 14V Bordnetz bezeichnet. Alternativ kann das Bordnetz 100 z.B. eine Bordnetzspannung von 48V aufweisen.
Das Bordnetz 100 umfasst ein oder mehrere elektrische Verbraucher 108 (z.B. ein Infotainmentsystem, eine Klimaanlage, etc.), die mit elektrischer Energie aus dem Bordnetz 100 versorgt werden. Das Bordnetz 100 kann zur Speicherung von elektrischer Energie ein oder mehrere Energiespeicher 106, 107 umfassen. In dem dargestellten Beispiel umfasst das Bordnetz 100 einen Blei-Akkumulator 106, der dazu verwendet werden kann, die Bordnetzspannung zu stützen und elektrische Energie für einen Starter 105 eines Verbrennungsmotors 103 des Fahrzeugs bereitzustellen. Wie bereits eingangs dargelegt, kann der Starter 105 betrieben werden, um den Verbrennungsmotor 103 bei einem Startvorgang mechanisch anzutreiben (die dazu verwendete mechanische Verbindung zu der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 103 ist in 1 nicht dargestellt). Des Weiteren umfasst das Bordnetz 100 in dem dargestellten Beispiel einen Rekuperations-Energiespeicher 107 (z.B. eine Lilonen-Batterie), der eingerichtet ist, in zyklischer Weise substantielle Mengen an elektrischer Energie aufzunehmen und wieder abzugeben.
Das Bordnetz 100 umfasst außerdem einen Generator 104, der über den Verbrennungsmotor 103 angetrieben wird, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, wobei die elektrische Energie zum Betrieb der ein oder mehreren Verbraucher 108 verwendet werden kann und/oder in den Energiespeichern 106, 107 gespeichert werden kann. In Schubphasen (z.B. bei einer Bergabfahrt), in denen der Generator 104 mittelbar über den Verbrennungsmotor 103 oder unmittelbar durch die Räder des Fahrzeugs angetrieben wird, kann durch den Generator 104 elektrische Energie rekuperiert werden, um den Energieverbrauch des Fahrzeugs zu reduzieren.
Das Bordnetz 100 umfasst ferner eines Steuereinheit 101 (in diesem Dokument auch als Verarbeitungseinheit bezeichnet), die eingerichtet ist, ein oder mehrere der Komponenten des Bordnetzes 100 anzusteuern. Insbesondere kann die Steuereinheit 101 eingerichtet sein, in Reaktion auf ein Startsignal 113 (das z.B. durch eine Zündung generiert wird) den Starter 105 anzusteuern, um den Verbrennungsmotor 103 im Rahmen eines Startvorgangs anzutreiben. Während eines Startvorgangs kann durch ein oder mehrere geeignete Messeinheiten die Starter-Spannung 112 an dem Starter 105, der Starter-Strom 111 in den Starter 105 und/oder die Drehzahl des Starters 105 erfasst werden (z.B. jeweils als zeitlicher Verlauf über die Zeitdauer des Startvorgangs).
Beim Ausfall des Starters 105 eines Verbrennungsmotors 103 bzw. bei einem erfolglosen Startvorgang kann häufig nicht die Ursache für den Fehler identifiziert werden. Dabei ist häufig nicht der Starter 105 der eigentliche Verursacher für das Nichtstarten des Verbrennungsmotors 103. Ein erfolgloser Startversuch kann dazu führen, dass ein Starter 105 unberechtigt ausgetauscht wird und dennoch die eigentliche Ursache für den erfolglosen Startversuch nicht behoben wird. Des Weiteren kann ein Starter 105 bei wiederholten erfolglosen Startversuchen bzw. Startvorgängen überlastet und dabei geschädigt werden. Eine Überlastung des Starter kann z.B. durch eine Temperaturüberwachung mittels eines dedizierten Temperatursensors detektiert und ggf. vermieden werden. Dies ist jedoch mit einem erhöhten Aufwand verbunden. Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann ggf. ein Temperatursensor zur Überwachung der Starter-Temperatur eingespart werden.
2 zeigt beispielhafte Kenndaten 200 eines Starters 105. Insbesondere zeigt 2 beispielhafte Zusammenhänge 230 zwischen dem Drehmoment M bzw. dem Strom I 111 eines Starters 105 und der Drehzahl n 210 des Starters 105 für unterschiedlichen Spannungen 112 an dem Starter 105. Jede der nach rechts abfallenden Linien (insbesondere Geraden) repräsentiert den Drehmoment/Strom - Drehzahl Zusammenhang 230 für eine bestimmte Starter-Spannung 112 (d.h. für eine bestimmte Bordnetz-Spannung). Wie aus 2 zu entnehmen ist, fällt das Drehmoment bzw. der Strom 111 mit steigender Drehzahl 210 ab. Die Zusammenhänge 230 werden in diesem Dokument als Kennlinien für unterschiedlichen Starter-Spannungen 112 bezeichnet.
Es kann zu Beginn eines Startvorgangs die Spannung 112 an dem Starter 105 erfasst werden. Aus dem Wert der Spannung 112 ergibt sich eine Drehmoment/Strom - Drehzahl Kennlinie 230. Des Weiteren kann die Drehzahl 210 ermittelt werden, die bei dem Startvorgang erreicht werden konnte. Es kann somit für einen Startvorgang ein Kennfeld-Punkt in dem in 2 dargestellten Kennfeld 200 bestimmt werden. Aus der Lage des Kennfeld-Punktes in dem Kennfeld 200 können Informationen in Bezug auf die Ursache für einen möglichen Fehlstart ermittelt werden.
In dem in 2 dargestellten Kennfeld 200 sind unterschiedliche Bereiche 241 bis 247 definiert worden:

• Ein erster Bereich 241 liegt zwischen der Drehmoment/Strom - Drehzahl Kennlinie 230 für einen ersten Starter-Spannungswert 221 und der Kennlinie 230 für einen zweiten Starter-Spannungswert 222. Außerdem liegt der erste Bereiche 241 zwischen einen ersten Drehzahl-Schwellenwert 211 und einem zweiten Drehzahl-Schwellenwert 212. Dabei kann der zweite Drehzahl-Schwellenwert 212 der Drehzahl entsprechen, ab der typischerweise ein Start des Verbrennungsmotors 103 erfolgt.
• Ein zweiter Bereich 242 liegt unterhalb der Drehmoment/Strom - Drehzahl Kennlinie 230 für den ersten Starter-Spannungswert 221. Außerdem liegt der zweite Bereiche 242 zwischen dem ersten Drehzahl-Schwellenwert 211 und dem zweiten Drehzahl-Schwellenwert 212.
• Ein dritter Bereich 253 liegt bei Drehzahlen 210 unterhalb des ersten Drehzahl-Schwellenwertes 211.
• Ein vierter Bereich 244 liegt unterhalb der Drehmoment/Strom - Drehzahl Kennlinie 230 für den ersten Starter-Spannungswert 221. Außerdem liegt der zweite Bereiche 242 bei Drehzahlen oberhalb des zweiten Drehzahl-Schwellenwert 212.
• Ein fünfter Bereich 245 liegt bei Spannungen 112 oberhalb des zweiten Starter-Spannungswertes 222.
• Ein sechster Bereich 246 liegt zwischen den Drehmoment/Strom - Drehzahl Kennlinien 230 für den ersten Starter-Spannungswert 221 und für den zweiten Starter-Spannungswert 222.
• Ein siebter Bereich 247 liegt bei einer Starter-Spannung 112 nahe null und bei einer Drehzahl 210 nahe null.

Je nachdem, im welchen Bereich der bei einem Startvorgang ermittelte Kennfeld-Punkt liegt, kann unterschiedliche Information bezüglich des Startvorgangs ermittelt werden:

• Erster Bereich 241: Die Starter-Spannung 112 war ausreichend für einen Startvorgang und dennoch konnte die erforderliche Drehzahl 210 für einen erfolgreichen Startvorgang nicht erreicht werden. Dies kann daran liegen, dass der Starter 105 einem zu großen Gegenmoment ausgesetzt war oder dass der Starter 105 aufgrund eines Defektes das erforderliche Drehmoment nicht aufbauen konnte.
• Zweiter Bereich 242: Die Starter-Spannung 112 war nicht ausreichend hoch für einen erfolgreichen Startvorgang. Es liegt somit ein Defekt oder eine Unterversorgung des Bordnetzes 100 vor.
• Dritter Bereich 243: Die Drehzahl 210 lag unter dem ersten Drehzahl-Schwellenwert 211 (der z.B. bei 20% oder weniger des zweiten Drehzahl-Schwellenwertes 212 liegen kann) und war somit besonders niedrig, obwohl ggf. die Starter-Spannung 112 ausreichend hoch war. Der Starter 105 war somit blockiert (z.B. durch eine Blockade des Verbrennungsmotors 103 oder des Starters 105 selbst).
• Vierter Bereich 244: Die Drehzahl 210 war ausreichend hoch für einen erfolgreichen Startvorgang, aber die Starter-Spannung 112 war relativ niedrig. Die Startfähigkeit für einen zukünftigen Startvorgang ist somit gefährdet.
• Fünfter Bereich 245: Die Start-Spannung 112 lag über dem zweiten Spannungswert 222 und es lag somit eine Überspannungssituation vor, durch die der Starter 105 beeinträchtigt werden kann.
• Sechster Bereich 246: Es erfolgte ein erfolgreicher Startvorgang ohne besondere Auffälligkeiten.
• Siebter Bereich 247: Die Starter-Spannung 112 war derart klein, dass von einer Leistungsunterbrechung bei der Leistungszufuhr zum Starter 105 ausgegangen werden kann.

Durch die Analyse der Lage eines Kennfeld-Punktes für einen Startvorgang in einem Kennfeld 200 des Starters 105 kann somit in effizienter und präziser Weise Zustandsinformation über den Zustand des Startsystems, d.h. des Starters 105, des Bordnetzes 100 und/oder des Verbrennungsmotors 103, ermittelt werden.
Es wird somit eine Möglichkeit bereitgestellt, ohne weitere zusätzliche Messtechnik und Sensorik das Überlasten eines Starters 105 zu verhindern und/oder die Ursachen für einen Ausfall eines Starters 105 anhand eines Kennfelds 200 zu analysieren. Es kann somit eine Schutzfunktion bereitgestellt werden, um das Überlasten eines Starters 105 zu verhindern. Des Weiteren wird ein effizientes und zuverlässiges Verfahren bereitgestellt, um die Ausfallursache eines erfolglosen Startvorgangs zu analysieren.
Detaillierte Analysen der Starterausfälle zeigen, dass der Starter 105 infolge von Startproblemen geschädigt bzw. zerstört werden kann. Es kann somit bei Vorliegen von Startproblemen zu einem Ausfall eines Starters 105 kommen. Eine Ursache dafür ist, dass ein Nutzer den Starter 105 durch zu langes Betreiben des Starters 105 (auch als „Orgeln“ bezeichnet) überlastet.
Fehlende Diagnosen bei einem Startvorgang haben typischerweise zur Folge, dass die Ursache von Startproblemen meist bei dem Starter 105 gesehen werden, obwohl möglicherweise andere Fehlerursachen vorliegen. Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen können Fehlerursachen in präziser Weise ermittelt werden.
Es kann somit eine Bauteilschutzebene in der Software der digitalen Motorelektronik eines Fahrzeugs bereitgestellt werden, um die Schädigung bzw. Zerstörung des Starters 105 zu verhindern. Des Weiteren können Diagnosen bei einem Startvorgang die Fehlersuche erleichtern und die Vermeidung eines unberechtigten Austauschs eines Starters 105 bewirken. Durch Statistikfunktionen kann die Analyse von Motorstarts im Betrieb eines Fahrzeugs verbessert werden, z.B. in Bezug auf die Startanzahl, in Bezug auf das Zeitverhalten von Startvorgängen und/oder in Bezug auf nicht gemeldete Startprobleme, etc.
Für die Diagnose von Startvorgängen kann ein Kennfeld 200 des Starters 105 in unterschiedliche Bereiche eingeteilt werden, wobei ein zweiter (maximal zulässiger) Starter-Spannungswert 222 (zur Vermeidung einer Überspannungssituation), ein erster (minimal zulässiger) Start-Spannungswert 221 (zur Ermöglichung der Startfähigkeit), ein erster Drehzahl-Schwellenwert 211 (auch als Blockade-Drehzahl-Schwellenwert bezeichnet, zur Erkennung einer Blockadesituation), und ein zweiter Drehzahl-Schwellenwert 212 (der eine Startfähigkeits-Untergrenze bezüglich der mindestens erforderlichen Drehzahl 210 für einen erforderlichen Startvorgang des Verbrennungsmotors 103 darstellt) definiert werden können.
Der Hochlauf des Verbrennungsmotors 103 bei einem Startvorgang kann somit in das Kennliniendiagramm 200 der Gleichstrommaschine des Starters 105 übertragen werden. Bei einem Startvorgang steigt die Drehzahl 210 des Verbrennungsmotors 103 von 0rpm (rounds per minute) bis über die geforderte Startfähigkeitsgrenze 212 an. Wenn Startprobleme auftreten, kann durch die Lage eines Kennfeld-Punktes des Starvorgangs in dem Kennliniendiagramm 200 zugeordnet werden, welches potentielle Problem vorliegt. In Abhängigkeit von der Diagnose können ein oder mehrere zielgerichtete Maßnahmen für Notlauffunktionen angeboten bzw. durchgeführt werden.
Wenn der Kennfeld-Punkt im ersten Bereich 241 des Kennfelddiagramms 200 liegt, konnte die Startfähigkeitsgrenze 212 nicht erreicht werden, obwohl die Bordnetzspannung 112 ausreichend hoch war. Das bedeutet, dass es entweder ein zu hohes Gegenmoment gab und/oder dass der Starter 105 dieses Gegenmoment nicht aufbauen konnte.
Wenn der Kennfeld-Punkt im zweiten Bereich 242 des Kennfelddiagramms 200 liegt, konnte die Startfähigkeitsgrenze nicht erreicht werden, da die Bordnetzspannung 112 nicht ausreichend hoch war und dadurch auch die erforderliche Drehzahl 210 nicht erreicht werden konnte.
Wenn der Kennfeld-Punkt im dritten Bereich 243 des Kennfelddiagramms 200 liegt, liegt ein Startversuch bei blockiertem Starter 105 vor.
Wenn der Kennfeld-Punkt im vierten Bereich 244 des Kennfelddiagramms 200 liegt, ist die Startfähigkeit des Verbrennungsmotors 103 gefährdet, da die Energieversorgung des Starters 105 nicht ausreichend ist. Wenn der Kennfeld-Punkt im fünften Bereich 245 des Kennfelddiagramms 200 liegt, wurde ein Startversuch bei Überspannung erkannt. Wenn der Kennfeld-Punkt im siebten Bereich 247 des Kennfelddiagramms 200 liegt, lag bei dem Startversuch eine Leistungsunterbrechung vor (da keine Spannung 112 und keine Drehzahl 210 vorhanden waren) oder es gab Probleme bei der Ansteuerung des Starters 105.
Ein sechster Bereich 246 beschreibt einen erfolgreichen Startvorgang, wobei, in einem Teilbereich oberhalb der Drehmoment-Drehzahl Kennlinie 230 mit der Bezeichnung IV tendenziell ein zu hoher Strom 111 in den Starter 105 geflossen ist, was auf ein tendenziell zu hohes Gegenmoment schließen lässt. Andererseits kann in dem Teilbereich unterhalb der Drehmoment-Drehzahl Kennlinie 230 mit der Bezeichnung IV von einem einwandfreien Startvorgang ausgegangen werden.
Weitere mögliche Diagnosen, die ggf. auf Basis der Lage des Kennfeld-Punktes erfolgen können, sind: das Vorliegen eines Startversuchs bei Eigentumsschutz des Fahrzeugs; das Vorliegen eines Startversuchs bei Vorliegen eines niedrigen Drucks im Kraftstoffsystem; und/oder das Vorliegen eines Startversuchs bei Vorliegen eines Fehlers im Verbrennersystem des Verbrennungsmotors 103. Anhand des Kennfelddiagramms 200 des Starters 105 kann somit eine gezielte Diagnose gestellt werden, wo der Fehler bei einem fehlgeschlagenen Startvorgang lag. Insbesondere kann auf Basis der Lage des Kennfeld-Punktes eines Startvorgangs in dem Kennfelddiagramm 200 bestimmt werden, welches Szenario für einen erfolgreichen bzw. fehlerhaften Startvorgang vorherrscht.
Die Diagnose eines Startvorgangs kann in unterschiedliche Zeitabschnitte unterteilt sein. Nach Veranlassung des Startvorgangs kann zunächst ein bestimmtes Zeitfenster abgewartet werden, bevor ein Kennfeld-Punkt des Startvorgangs ermittelt wird (z.B. 100ms oder mehr). So können unzuverlässige Messwerte zu Beginn eines Startvorgangs ausgeblendet werden, was die Robustheit der Diagnose erhöht. Es kann dann in präziser Weise der Kennfeld-Punkt ermittelt werden, wobei der Kennfeld-Punkt z.B. der bei dem Startvorgang maximal erreichten Drehzahl entspricht. Des Weiteren kann der Kennfeld-Punkt auf der Drehmoment/Drehzahl-Kennlinie 230 für die Starter-Spannung 112 am Anfang des Startvorgangs (ggf. nach Ablauf des o.g. Zeitfensters) liegen.
Mit der in diesem Dokument beschriebenen Starterdiagnose wird die eigentliche Startkaskade nicht verändert. Insbesondere ist keine zusätzliche Zeit erforderlich, die ein Starter 105 bei Startproblemen widerstehen muss. Daher können die technologischen Grenzen eines Starters 105 vollständig ausgenutzt werden, um die maximale Verfügbarkeit des Startsystems zu ermöglichen. Die technologische Grenze des Starters 105 liegt dabei in der maximal möglichen Energieaufnahme des Starters 105, bevor der Starter 105 überhitzt (und dann typischerweise ein Totalausfall des Starters 105 vorliegt).
Als Schutzfunktion für einen Starter 105 kann ein Energiezähler bereitgestellt werden, der den Energieeintrag in den Starter 105 kontinuierlich überwacht und bei Überschreitung eines Grenzwertes des Energieeintrags die Ansteuerung des Starters 105 zeitweise sperrt und/oder die Überlastung des Starters 105 mit einem Fehlerspeichereintrag registriert.
3 zeigt einen beispielhaften zeitlichen Verlauf 310 der (thermischen) Energie 300 eines Starters 105 (d.h. der kumulierten Energiemenge bzw. des Energieeintrags eines Starters 105). Für jeden Startvorgang kann die (elektrische) Energie ermittelt werden, die dem Starter 105 zugeführt wird. Diese ergibt sich aus der Starter-Spannung 112 und dem Starter-Strom 111. Ggf. kann die zugeführte Energie bei einem Startvorgang auf Basis der Starter-Spannung 112 und der Kennlinie 230 des Starters 105 für diese Starter-Spannung 112 ermittelt werden. So kann auf eine Messung des Starter-Stroms 111 verzichtet werden. Des Weiteren wird typischerweise die zeitliche Dauer des Startvorgangs berücksichtigt. Ein Startvorgang führt zu einem ansteigenden Teil 311 des zeitlichen Verlaufs 310 der (kumulierten) Energie 300 des Starters 105.
Andererseits kommt es nach einem Startvorgang zu einer Abkühlung des Starters 105, wobei der zeitliche Verlauf der Abkühlung von den thermischen Eigenschaften des Starters 105 abhängen. Die Abkühlung des Starters 105 kann durch ein (im Vorfeld ermitteltes) thermisches Modell des Starters 105 beschrieben werden. Es ergibt sich somit zwischen zwei Startvorgängen ein absteigender Teil 312 des zeitlichen Verlaufs 310 der (kumulierten) Energie 300 des Starters 105, wobei die dem Starter 105 entzogene Energiemenge von der Zeit zwischen zwei direkt aufeinander folgenden Startvorgängen abhängt.
Der zeitliche Verlauf 310 der in einem Starter 105 gespeicherten (thermischen) Energie 300 kann somit auf Basis der Starter-Spannung 112 und eines thermischen Modells des Starters 105 für eine Sequenz von (ggf. erfolglosen) Startvorgängen ermittelt werden. Es kann dann zu einem bestimmten Zeitpunkt ermittelt werden, ob die (thermische) Energie 300 des Starters 105 einen Energie-Schwellenwert 301, 302 erreicht oder überschreitet. Bei Erreichen eines ersten Energie-Schwellenwertes 301 kann z.B. ein Warnhinweis an einen Nutzer des Starters 105 ausgegeben werden, wobei der Warnhinweis anzeigt, dass eine Überlastung des Starters 105 droht. Des Weiteren kann bei Erreichen eines zweiten Energie-Schwellenwertes 302 eine Sperrung des Starters 105 vorgenommen werden, so dass kein Startvorgang mehr initiiert werden kann. Die Sperrung kann z.B. für eine bestimmte Sperrzeit erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann die Sperrung erfolgen, bis die Energie 300 des Starters 105 unter einen bestimmten Energie-Schwellenwert (z.B. den ersten Energie-Schwellenwert 301) gefallen ist. Es kann somit eine zuverlässige Schutzfunktion für einen Starter 105 bereitgestellt werden.
Die 4a und 4b zeigen beispielhafte statistische Auswertungen von Startvorgängen. 4a zeigt eine statistische Verteilung 402 der Start-Zeitdauern 400 von unterschiedlichen Startvorgängen. Dabei wird die Wahrscheinlichkeit 401 von unterschiedlichen Start-Zeitdauern 400 angezeigt. In 4a ist eine kontinuierliche Wahrscheinlichkeitsverteilung 402 dargestellt. Typischerweise werden für unterschiedliche diskrete Bereiche von Start-Zeitdauern 400 die jeweiligen Häufigkeiten 401 ermittelt. Aus der Verteilung 402 kann auch die mittlere Start-Zeitdauer 403 von Startvorgängen ermittelt werden.
Die Verteilung 402 aus 4a kann mit einem bewegten bzw. gleitenden Fenster (englisch, moving window) ermittelt werden (z.B. auf Basis der letzten N Startvorgänge, mit N=1000, 100 oder weniger). Durch die Betrachtung eines gleitenden Fensters kann eine zeitliche Entwicklung der Start-Zeitdauern 400 ermittelt werden. Insbesondere kann die zeitliche Entwicklung der mittleren Start-Zeitdauer 403 ermittelt werden.
Die mittlere Start-Zeitdauer 403 kann mit einem Zeitdauer-Schwellenwert (700ms) verglichen werden. Wenn die mittlere Start-Zeitdauer 403 den Zeitdauer-Schwellenwert erreicht oder überschreitet, kann eine Maßnahme zur Absicherung der Startfähigkeit eingeleitet werden. Beispielsweise kann ein Hinweis an einen Nutzer des Starters 105 ausgegeben werden, der anzeigt, dass das Startsystem überprüft werden sollte.
4b zeigt die (diskrete) Verteilung 412 der Ruhe-Zeitdauer 410 zwischen zwei direkt aufeinander folgenden Startvorgängen. Die Verteilung 412 kann mit einem gleitenden Fenster der letzten N Startvorgänge ermittelt werden. Des Weiteren kann auf Basis der Verteilung 412 eine mittlere Ruhe-Zeitdauer 413 zwischen zwei direkt aufeinander folgenden Startvorgängen ermittelt werden. Die Verteilung 412 kann dazu verwendet werden, zu überprüfen, ob der Starter 105 gemäß einer für den Starter 105 vorgesehenen Dimensionierung in Bezug auf eine maximale Anzahl von Startvorgängen pro Zeiteinheit (z.B. pro Minute) und/oder in Bezug auf eine maximale Gesamtzahl von Startvorgängen über die Lebensdauer des Starter 105 genutzt wird. So kann bestimmt werden, ob die Wahrscheinlichkeit für einen Ausfall des Starter 105 relativ hoch bzw. relativ niedrig ist (je nachdem, ob die mittlere Ruhe-Zeitdauer 413 relativ niedrig bzw. relativ hoch ist). Des Weiteren kann auf Basis der mittleren Ruhe-Zeitdauer 413 ermittelt werden, ob die Wahrscheinlichkeit für eine Überlastung des Starter 105 relativ hoch bzw. relativ niedrig ist (je nachdem, ob die mittlere Ruhe-Zeitdauer 413 relativ niedrig bzw. relativ hoch ist).
Es kann somit eine Statistikfunktion für einen Starter 105 bereitgestellt werden. Ziel der Statistikfunktion ist es unter anderem, die Qualität der Starts anhand der Start-Zeitdauer 400 der Starts zu bewerten. Des Weiteren kann die Belastung des Starters 105 in der Zeit zwischen den Starts ermittelt werden (z.B. auf Basis der Ruhe-Zeitdauer 410 zwischen den Starts). Aus der Qualität der Startvorgänge (über die Verteilung 402) und der Belastung des Starters 105 (über die Verteilung 412) können z.B. Optimierungen bei der Auslegung eines Starters 105 und/oder Maßnahmen zur Reduzierung von Ausfällen abgeleitet werden.
Anhand der beschriebenen Statistikfunktionen kann z.B. in Kombination mit dem Zulassungsdatum eines Fahrzeugs und/oder dem Kilometerstand des Fahrzeugs überprüft werden, wie sich die Start-Zeitdauer 400 im Betrieb des Fahrzeugs über die Zeit entwickelt. Alternativ oder ergänzend kann z.B. in Kombination mit dem Zulassungsdatum eines Fahrzeugs, dem Kilometerstand des Fahrzeugs und/oder einer Länderkennzeichnung des Fahrzeugs die typische Belastung des Starters 105 des Fahrzeugs ermittelt werden (z.B. auf Basis der Ruhe-Zeitdauer 410 zwischen aufeinander folgenden Startvorgängen).
Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen sind insbesondere zur Detektion von Problemen bei Startern 105 mit Bürsten-Gleichstrommaschinen vorgesehen, können aber auch auf andere Typen von Startern 105 angewendet werden.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 500 zur Diagnose eines Startvorgangs und/oder eines elektrische betriebenen Starters 105. Der Starter 105 ist eingerichtet, einen Verbrennungsmotor 103 bei einem Startvorgang anzutreiben. Insbesondere kann durch den Starter 105 bewirkt werden, dass die Drehzahl 210 des Verbrennungsmotor 103 bis über einen zweiten Drehzahl-Schwellenwert 212 gebracht wird, wobei der Verbrennungsmotor 103 typischerweise bei Drehzahlen 210 oberhalb des zweiten Drehzahl-Schwellenwertes 212 gestartet wird, und daraufhin ohne Unterstützung des Starters 105 allein aufgrund des Kraftstoff-Verbrennungsprozesses betrieben werden kann.
Das Verfahren 500 umfasst das Ermitteln 501 von Leistungs-Information in Bezug auf elektrische Leistung, die dem Starter 105 während eines Startvorgangs des Verbrennungsmotors 103 zugeführt wird. Die Leistungs-Information kann insbesondere die Starter-Spannung 112 anzeigen, die für den Startvorgang an dem Starter 105 anliegt. Außerdem umfasst das Verfahren 500 das Ermitteln 502 von Drehzahl-Information in Bezug auf eine Drehzahl 210 des Verbrennungsmotors 103 während des Startvorgangs. Beispielsweise kann die Drehzahl-Information die maximal erreichte Drehzahl 210 während des Startvorgangs anzeigen.
Außerdem umfasst das Verfahren 500 das Durchführen 503 einer Diagnose des Startvorgangs und/oder des Starters 105 auf Basis der Leistungs-Information und auf Basis der Drehzahl-Information. Insbesondere kann auf Basis der Leistungs-Information und auf Basis der Drehzahl-Information Information in Bezug auf die Ursache eines erfolglosen bzw. fehlerhaften Startvorgangs ermittelt werden.
Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen ermöglichen die Bereitstellung einer Schutzfunktion für einen Starter 105, um eine Überlastung des Starters 105 zu verhindern. Des Weiteren können durch eine genaue Analyse der Ursachen eines erfolglosen Startvorgangs defekte Komponenten eines Fahrzeugs besser detektiert werden. Insbesondere kann durch die genaue Analyse eine gezielte Diagnose erstellt werden, wo genau der Fehler bei einem Startvorgang lag.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Verarbeitungseinheit (101) zur Überwachung eines elektrisch betriebenen Starters (105), der eingerichtet ist, einen Verbrennungsmotor (103) bei einem Startvorgang anzutreiben; wobei die Verarbeitungseinheit (101) eingerichtet ist, - Leistungs-Information in Bezug auf elektrische Leistung zu ermitteln, die dem Starter (105) während eines Startvorgangs des Verbrennungsmotors (103) zugeführt wird; - Drehzahl-Information in Bezug auf eine Drehzahl (210) des Verbrennungsmotors (103) während des Startvorgangs zu ermitteln; und - auf Basis der Leistungs-Information und auf Basis der Drehzahl-Information eine Diagnose des Startvorgangs und/oder des Starters (105) durchzuführen.
Verarbeitungseinheit (101) gemäß Anspruch 1, wobei die Verarbeitungseinheit (101) eingerichtet ist, - auf Basis der Leistungs-Information und auf Basis der Drehzahl-Information zumindest einen Kennfeld-Punkt in einem Kennfeld (200) des Starters (105) zu ermitteln; wobei das Kennfeld (200) einen Zusammenhang zwischen der elektrischen Leistung des Starters (105) und der erwarteten Drehzahl (210) des Verbrennungsmotors (103) anzeigt; und - die Diagnose des Startvorgangs und/oder des Starters (105) auf Basis der Lage des Kennfeld-Punktes innerhalb des Kennfelds (200) durchzuführen.
Verarbeitungseinheit (101) gemäß Anspruch 2, wobei - das Kennfeld (200) eine Mehrzahl von unterschiedlichen Bereichen (241, 242, 423, 244, 245, 246, 257) umfasst; - sich die unterschiedlichen Bereiche (241, 242, 423, 244, 245, 246, 257) jeweils über unterschiedliche Drehzahl-Bereiche und/oder Leistungs-Bereiche erstrecken; und - das Durchführen der Diagnose das Ermitteln umfasst, in welchen Bereich (241, 242, 423, 244, 245, 246, 257) der Kennfeld-Punkt des Startvorgangs fällt.
Verarbeitungseinheit (101) gemäß Anspruch 3, wobei die Mehrzahl von Bereichen (241, 242, 423, 244, 245, 246, 257) umfasst, - einen ersten Bereich (241) für eine Starter-Spannung (112) zwischen einem ersten Starter-Spannungswert (221) und einem zweiten Starter-Spannungswert (222) und für eine Drehzahl (210) zwischen einem ersten Drehzahl-Schwellenwert (211) und einem zweiten Drehzahl-Schwellenwert (212); und/oder einen ersten Bereich (241), der anzeigt, dass der Starter (105) bei dem Startvorgang einem zu hohen Gegenmoment ausgesetzt war oder dass der Starter (105) bei dem Startvorgang ein erforderliches Drehmoment nicht aufbringen konnte; und/oder - einen zweiten Bereich (242) für eine Starter-Spannung (112) unterhalb des ersten Starter-Spannungswertes (221) und für eine Drehzahl (210) zwischen einem ersten Drehzahl-Schwellenwert (211) und einem zweiten Drehzahl-Schwellenwert (212); und/oder einen zweiten Bereich (242), der anzeigt, dass die Starter-Spannung (112) nicht ausreichend für den Startvorgang war; und/oder - einen dritten Bereich (243) für eine Starter-Spannung (112) oberhalb eines Leistungsunterbrechungs-Spannungswertes und für eine Drehzahl (210) unterhalb des ersten Drehzahl-Schwellenwertes (211); und/oder einen dritten Bereich (243), der anzeigt, dass der Starter (105) bei dem Startvorgang blockiert war; und/oder - einen vierten Bereich (244) für eine Starter-Spannung (112) unterhalb des ersten Starter-Spannungswerts (221) und für eine Drehzahl (210) oberhalb des zweiten Drehzahl-Schwellenwertes (212); und/oder einen vierten Bereich (244), der anzeigt, dass ein zukünftiger Startvorgang aufgrund einer unzureichenden elektrischen Leistungsversorgung gefährdet ist; und/oder - einen fünften Bereich (245) für eine Starter-Spannung (112) oberhalb des zweiten Starter-Spannungswertes (222); und/oder einen fünften Bereich (245), der anzeigt, dass die Starter-Spannung (112) zu hoch ist und den Starter (105) beeinträchtigen könnte; und/oder - einen sechsten Bereich (246) für eine Starter-Spannung (112) zwischen dem ersten Starter-Spannungswert (221) und dem zweiten Starter-Spannungswert (222) und für eine Drehzahl (210) oberhalb des zweiten Drehzahl-Schwellenwertes (212); und/oder einen sechsten Bereich (246), der anzeigt, dass der Starter (105), der Verbrennungsmotor (103) und/oder ein Bordnetz (100) zur elektrischen Energieversorgung des Starters (105) in Ordnung sind; und/oder - einen siebten Bereich (247) für eine Starter-Spannung (112) unterhalb des Leistungsunterbrechungs-Spannungswertes und für eine Drehzahl (210) unterhalb eines Mindest-Drehzahl-Schwellenwertes; und/oder einen siebten Bereich (247), der anzeigt, dass während des Startvorgangs eine Leistungsunterbrechung des Starters (105) vorlag.
Verarbeitungseinheit (101) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei - das Kennfeld (200) eine Mehrzahl von Kennlinien (230) für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Starter-Spannungen (112) umfasst; und - eine Kennlinie (230) einen Zusammenhang zwischen einem von dem Starter (105) erzeugten Drehmoment bzw. einem dem Starter (105) zugeführten Strom (111) und einer von dem Starter (105) zu bewirkenden Drehzahl (210) des Verbrennungsmotors (103) anzeigt.
Verarbeitungseinheit (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit (101) eingerichtet ist, - auf Basis der Leistungs-Information zu ermitteln, ob eine Starter-Spannung (112) bei dem Startvorgang über oder unter einem Leistungsunterbrechungs-Spannungswert lag; wobei der Leistungsunterbrechungs-Spannungswert derart ist, dass Starter-Spannungen (112) unterhalb des Leistungsunterbrechungs-Spannungswertes ein Indiz für eine Leistungsunterbrechung der elektrischen Leistung für den Starter (105) darstellen; und/oder - auf Basis der Leistungs-Information zu ermitteln, ob die Starter-Spannung (112) bei dem Startvorgang über oder unter einem ersten Starter-Spannungswert (221) lag; wobei der erste Starter-Spannungswert (221) derart ist, dass Starter-Spannungen (112) unterhalb des ersten Starter-Spannungswertes (221) ein Indiz für eine unzureichende elektrische Leistung für den Starter (105) bei einem Startvorgang darstellen; und/oder - auf Basis der Leistungs-Information zu ermitteln, ob die Starter-Spannung (112) bei dem Startvorgang über oder unter einem zweiten Starter-Spannungswert (222) lag; wobei der zweite Starter-Spannungswert (222) derart ist, dass Starter-Spannungen (112) oberhalb des zweiten Starter-Spannungswertes (222) ein Indiz für eine Überspannungssituation des Starters (105) darstellen.
Verarbeitungseinheit (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit (101) eingerichtet ist, - auf Basis der Drehzahl-Information zu ermitteln, ob die Drehzahl (210) des Verbrennungsmotors (103) bei dem Startvorgang über oder unter einem Mindest-Drehzahl-Schwellenwert lag; wobei der Mindest-Drehzahl-Schwellenwert derart ist, dass Drehzahlen (210) unterhalb des Mindest-Drehzahl-Schwellenwertes ein Indiz für eine Leistungsunterbrechung des Starters (105) darstellen; und/oder - auf Basis der Drehzahl-Information zu ermitteln, ob die Drehzahl (210) des Verbrennungsmotors (103) bei dem Startvorgang über oder unter einem ersten Drehzahl-Schwellenwert (211) lag; wobei der erste Drehzahl-Schwellenwert (211) derart ist, dass Drehzahlen (210) unter dem ersten Drehzahl-Schwellenwert (211) ein Indiz für eine Blockade des Starters (105) darstellen; und/oder - auf Basis der Drehzahl-Information zu ermitteln, ob die Drehzahl (210) des Verbrennungsmotors (103) bei dem Startvorgang über oder unter einem zweiten Drehzahl-Schwellenwert (212) lag; wobei der zweite Drehzahl-Schwellenwert (212) derart ist, dass Drehzahlen (210) über dem zweiten Drehzahl-Schwellenwert (212) typischerweise zu einem Start des Verbrennungsmotors (103) führen.
Verarbeitungseinheit (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Leistungs-Information eine Starter-Spannung (112) während des Startvorgangs, insbesondere zu Beginn des Startvorgangs, anzeigt; und/oder - die Drehzahl-Information eine Drehzahl (210), insbesondere eine maximale Drehzahl, des Verbrennungsmotors während des Startvorgangs anzeigt.
Verarbeitungseinheit (101) zur Überwachung eines elektrisch betriebenen Starters (105), der eingerichtet ist, einen Verbrennungsmotor (103) bei einem Startvorgang anzutreiben; wobei die Verarbeitungseinheit (101) eingerichtet ist, - Leistungs-Information in Bezug auf elektrische Leistung zu ermitteln, die dem Starter (105) während eines Startvorgangs des Verbrennungsmotors (103) zugeführt wird; - auf Basis eines thermischen Modells des Starters (105) Abkühl-Information in Bezug auf thermische Leistung zu ermitteln, die von dem Starter (105) zwischen dem Startvorgang und einem nachfolgenden Startvorgang abgeführt wird; - auf Basis der Leistungs-Information und auf Basis der Abkühl-Information für eine Sequenz von Startvorgängen, Energie-Information in Bezug auf eine im Starter (105) an einem bestimmten Zeitpunkt kumulierte Energiemenge (300) zu ermitteln; und - in Abhängigkeit von der Energie-Information eine Maßnahme zum Schutz des Starters (105) zu veranlassen.
Verarbeitungseinheit (101) zur Überwachung eines elektrisch betriebenen Starters (105), der eingerichtet ist, einen Verbrennungsmotor (103) bei einem Startvorgang anzutreiben; wobei die Verarbeitungseinheit (101) eingerichtet ist, - eine Vielzahl von Start-Zeitdauern (400) und/oder eine Vielzahl von Ruhe-Zeitdauern (410) für eine Vielzahl von zeitlich aufeinander folgenden Startvorgängen des Verbrennungsmotors (103) zu ermitteln; wobei eine Start-Zeitdauer (400) die Zeitdauer eines Startvorgangs anzeigt; und wobei die Ruhe-Zeitdauer (410) die Zeitdauer zwischen zwei direkt aufeinander folgenden Startvorgängen anzeigt; - eine statistische Analyse der Vielzahl von Start-Zeitdauern (400) und/oder der Vielzahl von Ruhe-Zeitdauern (410) durchzuführen; und - auf Basis der statistischen Analyse eine Maßnahme bezüglich des Starters (105) zu veranlassen.