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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Bereich von Hybridfahrzeugen, bei denen in einem Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine und eine elektrische Maschine permanent mechanisch gekoppelt oder zumindest zeitweise mechanisch koppelbar sind. Im Besonderen betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Steuerverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Eine derartige Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine in einer eine mechanische Kopplung dieser beiden Maschinen in einem Antriebsstrang vorsehenden oder erlaubenden Hybridantriebsanordnung eines Fahrzeuges weist auf:
- - einen Motorsteuerteil zur Steuerung der Brennkraftmaschine, beinhaltend zumindest eine Steuerung einer Kraftstoffzufuhrfreigabe und gegebenenfalls einer Zündfreigabe der Brennkraftmaschine,
- - einen E-Maschinensteuerteil zur Steuerung der elektrischen Maschine, beinhaltend zumindest eine Steuerung einer Bestromung der elektrischen Maschine,
- - einen Überwachungsteil, der dazu ausgebildet ist, einen ordnungsgemäßen Betrieb des Motorsteuerteils und des E-Maschinensteuerteils zu überwachen und im Falle einer erfassten Fehlfunktion binnen einer Reaktionszeitspanne wenigstens eine Steuerfunktion des Motorsteuerteils und/oder des E-Maschinensteuerteils zu übernehmen.
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Bei einer derartigen Hybridantriebsanordnung ist prinzipiell und vorteilhaft ein Start der Brennkraftmaschine (z. B. Ottomotor oder Dieselmotor) mittels der elektrischen Maschine möglich. Ein solcher Motorstartvorgang wird typischerweise durch den Motorsteuerteil (oder z. B. durch einen dem Motorsteuerteil und dem E-Maschinensteuerteil übergeordneten Antriebsstrangsteuerteil) angefordert, wobei der betreffende Steuerteil an den E-Maschinensteuerteil z. B. einen entsprechenden Momentensollwert oder ein Startkommando überträgt.
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Problematisch ist jedoch, dass es in der Praxis aufgrund einer Fehlfunktion des E-Maschinensteuerteils und/oder z. B. eines zur Bestromung der elektrischen Maschine eingesetzten Wechselrichters (Inverter) auch ohne vorangegangene Startanforderung (eines ordnungsgemäßen Starts der Brennkraftmaschine) kurzzeitig zu einer (nicht angeforderten, fehlerhaften) Momentenproduktion durch die elektrische Maschine kommen kann, was bei bestehender mechanischer Kopplung die Brennkraftmaschine in Rotation versetzen kann, was wiederum zu einem „unautorisierten Start und Weiterlaufen der Brennkraftmaschine“ auch dann führen kann, wenn der Überwachungsteil anschließend (binnen der Reaktionszeitspanne) die fehlerhafte Momentenproduktion der elektrischen Maschine stoppt.
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Ein unautorisiertes Starten und Weiterlaufen der Brennkraftmaschine ist nachteiligerweise ein Sicherheitsrisiko, da sich z. B. in geschlossenen Räumen gesundheitsgefährdende Abgase ansammeln können.
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Zu bedenken ist hier zum Einen, dass das Eingreifen des Überwachungsteils aufgrund der endlichen Reaktionszeitspanne in der Regel „zu spät“ erfolgt, um das Starten und Weiterlaufen der Brennkraftmaschine noch zu verhindern, und zum Anderen, dass bei Hybridantriebssystemen der hier interessierenden Art der Motorsteuerteil in der Regel vorsieht, dass zumindest bei „eingeschalteter Zündung“ (Stromversorgung bzw. Betriebsbereitschaft des Hybridantriebssystems) ab einer vorbestimmten Mindestdrehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine eine Kraftstoffzufuhrfreigabe und gegebenenfalls (bei fremdgezündeter Brennkraftmaschine) auch Zündfreigabe erfolgt.
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Die Kraftstoffzufuhrfreigabe (z. B. Einspritzfreigabe) und gegebenenfalls Zündfreigabe, auch ohne eine z. B. durch einen Fahrer ausgelöste Anforderung eines ordnungsgemäßen Starts der Brennkraftmaschine, sondern infolge einer Überschreitung der genannten Motor-Mindestdrehgeschwindigkeit ist darin begründet, dass bei einem Anschleppen oder Anschieben des Fahrzeuges mit geschlossenem Antriebsstrang ein Starten der Brennkraftmaschine möglich sein soll.
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Aus der
DE 10 2012 209 191 A1 ist ein Verfahren sowie ein Steuerungssystem zum Erkennen einer fehlerhaften Ansteuerung eines Startsystems eines Kraftfahrzeuges und zur Vermeidung eines unerwünschten Motorstarts eines Motors des Kraftfahrzeuges bekannt. Bei diesem Stand der Technik wird ein Fehler detektiert und infolgedessen eine Aktivierung des Motors (durch Einspritzung und/oder Zündung) unterdrückt, wenn eine bei Stillstand und/oder geringer Geschwindigkeit des Fahrzeuges bestimmte Drehzahl des Motors deutlich größer Null ist, ohne dass eine Startanforderung gestellt wurde.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Steuereinrichtung bzw. einem Steuerverfahren der gattungsgemäßen Art das vorerwähnte Sicherheitsrisiko zu beseitigen.
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Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Steuereinrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
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Wenn bei Einsatz einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung der Motorfehlstartverhinderungsteil einen Übergang von stehender zu laufender (rotierender) Brennkraftmaschine erkennt, ohne dass innerhalb der vorbestimmten zurückliegenden Zeitspanne ein Start der Brennkraftmaschine angefordert wurde (z. B. ein angesteuerter Start unter Einsatz der elektrischen Maschine, oder aber z. B. unter Einsatz eines eigens zu diesem Zweck vorgesehenen „Anlassers“ (d. h. weitere elektrische Maschine wie z. B. ein „Ritzelstarter“), so wird die Kraftstoffzufuhr (z. B. Einspritzung) und/oder die (je nach Konstruktion der Brennkraftmaschine erforderliche) Kraftstoffzündung für eine vorbestimmte Zeitdauer (Motorunterbrechungsdauer) unterbunden, so dass die Brennkraftmaschine während dieser Zeitdauer zwar rotieren, jedoch nicht „anspringen“ kann.
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Da die Motorunterbrechungsdauer mindestens so groß wie die Reaktionszeitspanne ist, kann der Überwachungsteil dann rechtzeitig in die fehlerhafte Steuerung des E-Maschinensteuerteils bzw. Invertersteuerung eingreifen und die Momentenproduktion der elektrischen Maschine unterbinden, so dass die Brennkraftmaschine wieder zum Stillstand kommt bzw. z. B. zuverlässig eine Drehzahl unterschreitet, unterhalb derer der Motorsteuerteil z. B. ohnehin keine Kraftstoffzufuhrfreigabe mehr vorsieht.
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Vorteilhaft kann bei der genannten Fehlfunktion zwar aufgrund der nicht autorisierten Momentenproduktion der elektrischen Maschine die Brennkraftmaschine kurzzeitig in Rotation versetzt werden, aber nicht unkontrolliert weiterlaufen, was das beschriebene Sicherheitsrisiko somit beseitigt.
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Ein subtiler Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Funktion des Motorfehlstartverhinderungsteils einem gewollten Starten der Brennkraftmaschine durch Anschleppen oder Anschieben des Fahrzeuges keineswegs entgegensteht, da nach Ablauf der Motorunterbrechungsdauer, die im Vergleich zur typischen Dauer eines Anschlepp- bzw. Anschiebvorgangs relativ kurz gewählt sein kann, ein Start und Weiterlaufen der Brennkraftmaschine möglich ist. Die in der Praxis relativ kurze Zeitdauer (Motorunterbrechungsdauer) ohne Kraftstoffzufuhr und/oder gegebenenfalls Zündung stellt in diesem Anwendungsfall dann kein Problem dar.
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Die Erfindung kann für Hybridfahrzeuge unterschiedlichster Art eingesetzt werden, sofern deren Hybridantriebsanordnung die erwähnte mechanische Kopplung oder zumindest eine mechanische Koppelbarkeit (in bestimmten Betriebszuständen) zwischen Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine vorsieht.
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Bei dem Fahrzeug kann es sich insofern insbesondere um ein so genanntes Parallelhybridfahrzeug handeln, z. B. mit „Mildhybrid-Architektur“, z. B. „P0-Hybrid“ oder z. B. „P1-Hybrid“, mit permanenter oder (über eine Trennkupplung) schaltbarer (Dreh-)Kopplung zwischen Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine. Eine solche, zum Einsatz der Erfindung geeignete Hybridantriebsanordnung kann darüber hinaus bei so genannten „leistungsverzweigten Hybriden“ gegeben sein.
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In einer Ausführungsform ist die Brennkraftmaschine ein Ottomotor (z. B. Benzinmotor), insbesondere ein Ottomotor mit Kraftstoffdirekteinspritzung.
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In einer anderen Ausführungsform ist die Brennkraftmaschine ein Dieselmotor.
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In einer Ausführungsform ist die elektrische Maschine eine Drehstrommaschine, die bevorzugt über einen bidirektionalen Stromrichter (Inverter) sowohl in einem Antriebsmodus zur Erzeugung eines Antriebsmoments im Antriebsstrang des Fahrzeuges als auch in einem Generatormodus zur Rekuperation mechanischer Energie betrieben werden kann. Hierbei kann der Stromrichter im Antriebsmodus der elektrischen Maschine als Wechselrichter und im Generatormodus als Gleichrichter verwendet werden, um den elektrischen Antrieb mit Energie aus einer Gleichspannungsquelle (z. B. Lithium-Ionen-Batterie oder dergleichen) zu versorgen, und um die Rekuperation zurück in die Gleichspannungsquelle zu bewerkstelligen.
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In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung eine elektronische programmgesteuerte Steuereinrichtung. In diesem Fall weist die Steuereinrichtung mindestens eine Rechnereinheit (z. B. Mikrocontroller) mitsamt zugeordnetem Speicher zur Speicherung eines den Betrieb der Rechnereinheit steuernden Programms auf.
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Insofern kann es sich bei der Steuereinrichtung im Sinne der Erfindung z. B. um eine (beispielsweise ohnehin auch für andere Aufgaben vorgesehene) zentrale programmgesteuerte elektronische Steuereinrichtung (z. B. „ECU“) des betreffenden Fahrzeuges handeln.
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Bei einer derartigen Steuereinrichtung kann demnach der Motorsteuerteil, der E-Maschinensteuerteil, der Überwachungsteil und/oder der Motorfehlstartverhinderungsteil jeweils mittels Software implementiert sein bzw. jeweils eine Teilfunktionalität eines auf der Steuereinrichtung ablaufenden Programms darstellen.
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In einer Ausführungsform ist die programmgesteuerte elektronische Steuereinrichtung jedoch aus mehreren separaten, jedoch im Fahrzeug z. B. über ein digitales Kommunikationsbussystem (z. B. CAN-Bus, LIN-Bus oder dergleichen) kommunikativ miteinander verbundenen Steuereinheiten („Steuermodulen“) gebildet. In diesem Fall weist jede solche Steuereinheit eine eigene Rechnereinheit auf, bevorzugt mitsamt eigener Speichereinheit zur Speicherung eines den Betrieb der jeweiligen Rechnereinheit steuernden Programms.
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Hierbei kann insbesondere z. B. vorgesehen sein, dass der Motorsteuerteil und der E-Maschinensteuerteil mittels separater Steuereinheiten implementiert sind, wobei diese beiden Steuereinheiten z. B. miteinander kommunizieren können und/oder z. B. jeweils mit einer übergeordneten Antriebsstrangsteuereinheit kommunizieren können.
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Alternativ zu einer separaten Antriebsstrangsteuereinheit kann z. B. auch eine Zusammenfassung des Motorsteuerteils und eines Antriebsstrangsteuerteils in einer gemeinsamen Steuereinheit vorgesehen sein.
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In vergleichbarer Weise kann der Überwachungsteil z. B. durch eine eigens hierfür vorgesehene Steuereinheit implementiert sein, welche in Kommunikationsverbindung mit den zu überwachenden anderen Steuerteilen steht. Alternativ kann der Überwachungsteil jedoch auch „verteilt“ implementiert sein, etwa als jeweilige Teilfunktionalitäten derjenigen Steuerteile bzw. Steuereinheit(en), deren ordnungsgemäßer Betrieb zu überwachen ist.
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Der Überwachungsteil stellt gewissermaßen eine redundante Überwachungsebene (Monitoring) zumindest für den Motorsteuerteil und den E-Maschinensteuerteil dar, um einen sicheren Betrieb des Gesamtsystems auch bei einer Fehlfunktion (z. B. aufgrund eines RAM- oder ROM-Fehlers in einer Steuereinheit) einer entsprechenden „normalen Funktionsebene“ sicherzustellen. Bevorzugt wird durch den Überwachungsteil auch ein ordnungsgemäßer Betrieb eines (falls vorhanden) übergeordneten Antriebsstrangsteuerteils kontrolliert.
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Die Ausführung entsprechender Befehle in dieser Überwachungsebene (Überwachungsteil) kann durch spezielle Sicherheitsmechanismen sichergestellt werden, zu deren konkreter Implementierung vorteilhaft auf diesbezüglichen Stand der Technik (z. B. so genannte „Watchdog“-Komponenten bzw. -Konzepte) zurückgegriffen werden kann.
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Für die bedarfsweise Übernahme einer Steuerfunktion des Motorsteuerteils und/oder des E-Maschinensteuerteils durch den Überwachungsteil nach Erfassung einer Fehlfunktion gibt es typischerweise Reaktionszeiten, die oftmals in der Größenordnung von mehreren 100 ms liegen.
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Im Hinblick darauf, dass im konkreten Fehlerfall die Reaktionszeit, nach der ein Eingreifen der Überwachungsebene sichergestellt ist, variieren kann, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass als die „Reaktionszeitspanne“ eine für die betreffenden bzw. relevanten Fehlfunktionen maximal erwartbare Reaktionszeit gewählt wird.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Reaktionszeitspanne in einem Bereich von 10 ms bis 600 ms liegt.
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In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass eine Verringerung der Reaktionszeitspanne mit mehr oder weniger großem Aufwand bzw. Kostenaufwand verbunden ist, der jedoch bei Einsatz der Erfindung vorteilhaft insofern entbehrlich ist, als die Funktion der Erfindung quasi unabhängig von dem konkreten Wert der Reaktionszeitspanne ist. Insofern trägt die Erfindung auch vorteilhaft zur Kostenreduzierung bei.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Motorfehlstartverhinderungsteil ferner dazu ausgebildet ist, den Übergang von stehender zu laufender Brennkraftmaschine anhand einer Auswertung eines gespeicherten und fortlaufend aktualisierten Zustandswerts betreffend eine Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine zu erkennen.
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Von seiner Funktion her kann der Motorfehlstartverhinderungsteil als ein spezieller Bestandteil des Motorsteuerteils betrachtet werden und dementsprechend zusammen mit den weiteren Funktionalitäten des Motorsteuerteils zweckmäßigerweise in ein und derselben Steuereinheit implementiert sein.
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Es soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass der Motorfehlstartverhinderungsteil nicht als Bestandteil des Motorsteuerteils und/oder nicht auf der normalen Funktionsebene der Steuereinrichtung implementiert ist, sondern z. B. als Teilfunktionalität des Überwachungsteils (redundante Überwachungsebene) .
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Motorfehlstartverhinderungsteil sowohl in der normalen Funktionsebene als auch redundant in der Überwachungsebene vorhanden ist. So kann eine lückenlose Absicherung durch die Überwachungsebene sichergestellt werden (z. B. bei Ausfall des Motorfehlstartverhinderungsteils in der normalen Funktionsebene) .
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Die Steuereinrichtung selbst, insbesondere z. B. eine Steuereinheit, mittels welcher der Motorsteuerteil implementiert ist, kann eine Speichereinrichtung aufweisen, in welcher der vorerwähnte Zustandswert betreffend die Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine gespeichert und fortlaufend aktualisiert wird. Alternativ ist diese Speichereinrichtung separat von der Steuereinrichtung, jedoch über das erwähnte digitale Kommunikationsbussystem abrufbar vorgesehen.
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Bevorzugt ist die Steuereinrichtung bzw. z. B. speziell der Motorsteuerteil dazu ausgebildet, eine Vielzahl von Zustandswerten betreffend einen Betrieb der Brennkraftmaschine zu speichern und fortlaufend zu aktualisieren (darunter z. B. der erwähnte Zustandswert betreffend die Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine).
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In einer Ausführungsform ist der Motorfehlstartverhinderungsteil ferner dazu ausgebildet, das Prüfen, ob innerhalb einer vorbestimmten zurückliegenden Zeitspanne ein ordnungsgemäßer Start der Brennkraftmaschine angefordert wurde, mit Hilfe eines Auslesens aus einem Speicher durchzuführen, in welchem Anforderungen eines ordnungsgemäßen Starts der Brennkraftmaschine temporär für mindestens diese vorbestimmte Zeitspanne gespeichert werden.
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Bei dem Speicher kann es sich insbesondere um die vorerwähnte Speichereinrichtung handeln, in der auch ein oder mehrere Zustandswerte betreffend den Betrieb der Brennkraftmaschine gespeichert und fortlaufend aktualisiert werden.
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In einer Ausführungsform ist der Motorfehlstartverhinderungsteil ferner dazu ausgebildet, im Falle einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung eine Einspritzfreigabe während der Motorunterbrechungsdauer zu unterbinden.
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In einer Ausführungsform ist der Motorfehlstartverhinderungsteil ferner dazu ausgebildet, im Falle einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung eine Zündfreigabe während der Motorunterbrechungsdauer zu unterbinden.
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In einer Ausführungsform ist die Motorunterbrechungsdauer im Bereich des 1,2-fachen bis 20-fachen der Reaktionszeitspanne, insbesondere im Bereich des 2-fachen bis 10-fachen der Reaktionszeitspanne gewählt.
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Damit ist zuverlässig sichergestellt, dass noch vor dem Ende der Motorunterbrechungsdauer der Überwachungsteil eine betreffende Steuerfunktion des Motorsteuerteils und/oder des E-Maschinensteuerteils (zur Beseitigung der Fehlfunktion) übernehmen kann.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Motorunterbrechungsdauer mindestens 0,5 s, insbesondere mindestens 1 s beträgt.
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Vor allem im Hinblick auf eine vorteilhafte Beibehaltung der Möglichkeit, die Brennkraftmaschine durch ein Anschleppen oder Anschieben des Fahrzeuges starten zu können, ist eine Ausführungsform vorteilhaft, bei der die Motorunterbrechungsdauer höchstens 5 s, insbesondere höchstens 3 s, beträgt.
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Wie bereits erwähnt sind der Motorsteuerteil, der E-Maschinensteuerteil, der Überwachungsteil und der Motorfehlstartverhinderungsteil bevorzugt durch Software implementiert, die in einer oder alternativ in mehreren miteinander kommunizierenden Steuereinheiten abläuft, wobei diese Steuereinheiten jeweils eine Rechnereinheit mitsamt zugeordneter Speichereinheit aufweisen. Eine oder mehrere derartiger Speichereinheiten können hierbei die erwähnte Speichereinrichtung darstellen, in der Zustandswerte betreffend den Betrieb der Brennkraftmaschine wie z. B. der Zustandswert betreffend die Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine gespeichert und aktualisiert werden.
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Bei derartigen programmgesteuerten elektronischen Steuereinheiten ist es in der Praxis zweckmäßig, in vorbestimmten Ausnahmefällen bzw. Fehlerfällen (z. B. Fehlfunktion durch elektromagnetische Einstrahlung) einen so genannten „Warm-Reset“ durchzuführen, bei welchem die betreffende Steuereinheit zwar nicht vollständig in einen definierten Ausgangszustand zurückversetzt und neu gestartet wird, jedoch zumindest Teile des Systems zurückgesetzt, hierbei Daten gelöscht, und dann weiterbetrieben werden.
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Im Rahmen der Erfindung kann sich in diesem Zusammenhang das Problem ergeben, dass die von dem Motorfehlstartverhinderungsteil zu bewerkstelligende Erkennung eines Übergangs von stehender zu laufender Brennkraftmaschine anhand einer Auswertung des Zustandswerts betreffend eine Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine den Fall eines tatsächlichen solchen Übergangs nicht unterscheiden kann von dem Fall eines „scheinbaren“ solchen Übergangs während eines normalen Betriebs der Brennkraftmaschine, jedoch „bei vorangegangenem Warm-Reset“ mit Löschung des Zustandswerts betreffend die Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung sind daher Maßnahmen vorgesehen, welche bei einem Warm-Reset der Steuereinrichtung bzw. zumindest einer den Motorfehlstartverhinderungsteil implementierenden programmgesteuerten elektronischen Steuereinheit in einer Situation mit normalem Betrieb der Brennkraftmaschine die Kraftstoffzufuhr und gegebenenfalls Zündfreigabe sicherstellen, um ein (in diesem Fall unerwünschtes) Ausgehen der Brennkraftmaschine zu verhindern.
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In einer solchen Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Motorfehlstartverhinderungsteil ferner dazu ausgebildet ist, den Zustandswert betreffend die Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine aus einem „Warm-Reset-festen“ Speicherbereich auszulesen, sei es ein in der Steuereinrichtung selbst implementierter oder kommunikativ daran angebundener Speicherbereich (z. B. eines anderen Teils einer Fahrzeugelektronik).
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Vorteilhaft, da der Zustand einer laufenden Brennkraftmaschine mittels des Zustandswerts betreffend die Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine in einem resetfesten Speicherbereich abgelegt ist, welcher bei einem Warm-Reset nicht gelöscht wird, ist ein Weiterlaufen der Brennkraftmaschine auch nach einem Warm-Reset ermöglicht. Nämlich kann der Motorfehlstartverhinderungsteil dann auch nach Auftreten eines Warm-Resets korrekt erkennen, dass die Brennkraftmaschine unmittelbar vor der Auslösung des Warm-Resets bereits lief.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein in Anspruch 9 angegebenes Verfahren zum Steuern des Betriebs einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine in einer eine mechanische Kopplung dieser beiden Maschinen in einem Antriebsstrang vorsehenden oder erlaubenden Hybridantriebsanordnung eines Fahrzeuges vorgeschlagen.Die für die erfindungsgemäße Steuereinrichtung hier beschriebenen Ausführungsformen und besonderen Ausgestaltungen können, einzeln oder in beliebiger Kombination, in analoger Weise auch als Ausführungsformen bzw. besondere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens vorgesehen sein.
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Beispielsweise kann bei dem Steuerverfahren vorgesehen sein, dass das Erkennen des Übergangs von stehender zu laufender Brennkraftmaschine durch Auswerten eines gespeicherten und fortlaufend aktualisierten Zustandswerts betreffend eine Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine erfolgt, und dass der Zustandswert betreffend die Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine hierfür z. B. aus einem Warm-Reset-festen Speicherbereich ausgelesen wird, insbesondere z. B. einem Speicherbereich einer zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Steuereinrichtung ausgelesen wird.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird ein Fahrzeug mit einer Hybridantriebsanordnung vorgeschlagen, bei welcher eine Brennkraftmaschine und eine elektrische Maschine in einem Antriebsstrang mechanisch gekoppelt oder mechanisch koppelbar sind, wobei das Steuern des Betriebs der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine unter Verwendung einer Steuereinrichtung und/oder eines Steuerverfahrens der hier beschriebenen Art vorgesehen ist.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, umfassend einen Programmcode, der auf einer Datenverarbeitungseinrichtung (z. B. programmgesteuerte elektronische Steuereinrichtung eines Fahrzeuges) ausgeführt ein Steuerverfahren der hier beschriebenen Art durchführt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen jeweils schematisch dar:
- 1 eine Hybridantriebsanordnung eines Fahrzeuges gemäß eines Ausführungsbeispiels, und
- 2 eine detailliertere Darstellung einer in der Hybridantriebsanordnung von 1 verwendeten Steuereinrichtung.
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1 zeigt eine Hybridantriebsanordnung 1 eines Fahrzeuges, das im dargestellten Beispiel mit zwei Vorderrädern W1, W2 und zwei Hinterrädern W3, W4 ausgestattet ist, wobei die Hybridantriebsanordnung 1 eine Brennkraftmaschine 20 und eine elektrische Maschine 30 aufweist, die in diesem Beispiel über eine Drehwelle 2 permanent miteinander gekoppelt in einem Antriebsstrang angeordnet sind, der zu den Vorderrädern W1, W2 des Fahrzeuges führt. Der Antriebsstrang umfasst wie dargestellt noch eine Kupplung 3, ein Getriebe (z. B. Schaltgetriebe) 4 und ein Differenzialgetriebe 5.
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Bei der Brennkraftmaschine 20 handelt es sich im Beispiel um einen mit Benzin als Kraftstoff betreibbaren Ottomotor mit Kraftstoffeinspritzung.
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Die elektrische Maschine 30 ist hier eine Drehstrommaschine, die über eine Stromrichtereinrichtung 32 mit elektrischem Strom aus einer Batterie 34 (z. B. Lithium-Ionen-Akkumulator) versorgt werden kann.
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Die Stromrichtereinrichtung 32 weist einen bidirektionalen DC/AC-Wandler 36 auf, über den eine Bestromung der elektrischen Maschine 30 erfolgt, sei es in einem Antriebsmodus zur Erzeugung eines Antriebsmoments im Antriebsstrang oder in einem Generatormodus zur Rekuperation mechanischer Energie aus dem Antriebsstrang (z. B. beim Bremsen des Fahrzeuges).
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Im dargestellten Beispiel weist die Stromrichtereinrichtung 32 ferner einen bidirektionalen DC/DC-Wandler 38 auf, über den eine weitere Batterie 40 (mit anderer Nennspannung als diejenige der Batterie 34) in das elektrische Bordnetz des Fahrzeuges einbezogen ist, so dass damit ein „weiteres elektrisches Bordnetz“ zur Versorgung weiterer Verbraucher (mit anderer Nennspannung) geschaffen ist.
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Zum Steuern des Betriebs der Brennkraftmaschine 20 und der elektrischen Maschine 30 ist eine Steuereinrichtung 10 vorgesehen, die als programmgesteuerte elektronische Steuereinrichtung ausgebildet ist, und wie in 1 symbolisiert über Kommunikationsverbindungen 11' und 12' mit der Brennkraftmaschine 20 und der Stromrichtereinrichtung 32 in Wirkverbindung steht, um diese Steueraufgaben zu erfüllen.
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Über die Kommunikationsverbindungen 11' und 12' (z. B. implementiert als Teil eines digitalen Kommunikationsbussystems) können z. B. im Bereich der Brennkraftmaschine 20 bzw. der elektrischen Maschine 30 (mitsamt DC/AC-Wandler 36) sensorisch erfasste Zustandswerte an die Steuereinrichtung 10 und Steuerbefehle von der Steuereinrichtung 10 an die gesteuerten Komponenten 20, 30 übermittelt werden.
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Der Steuereinrichtung 10 führt die Steuerung basierend auf Vorgaben durch, die sich aus Bedienbefehlen bzw. Bedienhandlungen eines Fahrers des Fahrzeuges ergeben (z. B. Einschalten einer Zündung/Stromversorgung, Fahrpedalbetätigung etc.), oder im Falle eines autonomen Fahrzeuges von einem Navigationssystem bereitgestellt werden, was in 1 durch ein der Steuereinrichtung 10 zugeführtes „Bedienungs/Navigations-Vorgabesignal“ s symbolisiert ist.
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Wenn beispielsweise aufgrund einer solchen Vorgabe mittels des Signals s ein bestimmtes Antriebsmoment des Antriebsstranges befehligt wird, so für die Steuereinrichtung gemäß einer Hybridantriebsstrategie hierfür geeignete Steuervorgänge aus.
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Dies beeinhaltet insbesondere z. B. ein ordnungsgemäßes Starten der Brennkraftmaschine 20, indem die elektrische Maschine bestromt wird, um die Brennkraftmaschine 20 zum Laufen zu bringen.
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2 zeigt etwas detaillierter den Aufbau der Steuereinrichtung 10. Diese weist auf:
- - einen Motorsteuerteil 11 zur Steuerung der Brennkraftmaschine 20, beinhaltend zumindest eine Steuerung einer Kraftstoffzufuhrfreigabe und gegebenenfalls einer Zündfreigabe der Brennkraftmaschine 20,
- - einen E-Maschinensteuerteil 12 zur Steuerung der elektrischen Maschine 30, beinhaltend zumindest eine Steuerung einer Bestromung der elektrischen Maschine 30,
- - einen Überwachungsteil 13, der dazu ausgebildet ist, einen ordnungsgemäßen Betrieb des Motorsteuerteils 11 und des E-Maschinensteuerteils 12 zu überwachen und im Falle einer erfassten Fehlfunktion binnen einer Reaktionszeitspanne wenigstens eine Steuerfunktion des Motorsteuerteils 11 und/oder des E-Maschinensteuerteils 12 zu übernehmen.
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Im dargestellten Beispiel können der Motorsteuerteil 11 und der E-Maschinensteuerteil 12 als einem Antriebsstrangsteuerteil 14 untergeordnet bzw. als Komponenten dieses Antriebsstrangsteuerteils 14 betrachtet werden, dessen Aufgabe darin besteht, im zugeführten Vorgabesignal s enthaltene Bedienbefehle des Fahrers (oder alternativ im Falle eines autonomen Fahrzeuges, Navigationsbefehle) entgegenzunehmen und darauf basierend gemäß der Hybridantriebsstrategie Steuerbefehle für sämtliche ansteuerbaren Komponenten im Antriebsstrang zu erzeugen, also insbesondere die Brennkraftmaschine 20 und die elektrische Maschine 30 (wozu aber auch z. B. die Kupplung 3, das Getriebe 4 und/oder weitere nicht dargestellte Antriebsstrangkomponenten gehören können).
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Den Betrieb der Brennkraftmaschine 20 betreffende Steuerbefehle werden hierbei vom Motorsteuerteil 11 verarbeitet, um konkretere Steuerbefehle wie hier betreffend eine Einspritzfreigabe und eine Zündfreigabe über die Kommunikationsverbindung 11' an die Brennkraftmaschine 20 auszugeben (an eine Schnittstelleneinrichtung Brennkraftmaschine 20, die mit betreffenden Aktoren oder Sensoren verbunden ist).
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Den Betrieb der elektrischen Maschine 30 betreffende Steuerbefehle werden vom E-Maschinensteuerteil 12 verarbeitet, um konkretere Steuerbefehle für die elektrische Maschine 30 bzw. deren zugeordneten DC/AC-Wandler 36 zu erzeugen und über die Kommunikationsverbindung 12' auszugeben.
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Im Rahmen der vom Antriebsstrangsteuerteil 14 durchgeführten Steuerung des Antriebsstranges (z. B. durch Vorgabe eines Beschleunigungs- oder Verzögerungsmoments im Antriebsstrang) kann auch eine direkte Kommunikation zwischen dem Motorsteuerteil 11 und dem E-Maschinensteuerteil 12 vorgesehen sein, etwa eine vom Motorsteuerteil 11 ausgehende Vorgabe von Momentsollwerten an den E-Maschinensteuerteil 12, welche den Betrieb der elektrischen Maschine 30 steuert.
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Der Motorsteuerteil 11, der E-Maschinensteuerteil 12 und der Antriebsstrangsteuerteil 14 insgesamt stellen gewissermaßen eine „normale Funktionsebene“ dar, wohingegen der Überwachungsteil 13 eine (durch besondere Sicherheitsmechanismen geschützte) redundante Überwachungsebene darstellt, welche den Motorsteuerteil 11, den E-Maschinensteuerteil 12 und auch den Antriebsstrangsteuerteil 14 überwacht.
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Im Falle einer erfassten Fehlfunktion eines der überwachten Teile 11, 12 und 14 übernimmt der Überwachungsteil 13 binnen einer „Reaktionszeitspanne“ wenigstens eine Steuerfunktion des Motorsteuerteils 11 und/oder des E-Maschinensteuerteils 12.
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Eine Besonderheit der Steuereinrichtung 10 besteht darin, dass diese einen Motorfehlstartverhinderungsteil 15 aufweist, der dazu ausgebildet ist, einen Übergang von stehender zu laufender Brennkraftmaschine 20 zu erkennen, und im Falle eines erkannten solchen Übergangs zu prüfen, ob innerhalb einer vorbestimmten zurückliegenden Zeitspanne ein ordnungsgemäßer Start der Brennkraftmaschine 20 angefordert wurde, um im Falle einer Nichtanforderung eines solchen Starts die Kraftstoffzufuhrfreigabe und/oder die Zündfreigabe für eine vorbestimmte „Motorunterbrechungsdauer“ zu unterbinden, wobei die Motorunterbrechungsdauer mindestens so groß wie die vorerwähnte Reaktionszeitspanne ist.
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Damit kann vorteilhaft ein „unautorisierter Start“ der Brennkraftmaschine 20 beispielsweise aufgrund einer Fehlfunktion des E-Maschinensteuerteils 12 und/oder des zugehörigen DC/AC-Wandlers 36 verhindert werden.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die Reaktionszeiten (bis zur Abstellung der Fehlfunktion) des Überwachungsteils 13 im Bereich von etwa 100 ms bis 300 ms, und dementsprechend sieht der Motorfehlstartverhinderungsteil 15 eine „Reaktionszeitspanne“ von z. B. 300 ms vor.
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Die „Motorunterbrechungsdauer“ ist in diesem Beispiel mit 2 s so gewählt, dass mit der Motorunterbrechungsdauer sehr zuverlässig derjenige Zeitraum gewissermaßen überbrückt wird, bis zu dem die Brennkraftmaschine 20 „anspringen“ könnte, wenn nicht die Kraftstoffzufuhrfreigabe und/oder zu Zündfreigabe unterbunden wäre. Im dargestellten Beispiel wird die Einspritzfreigabe und die Zündfreigabe an der Brennkraftmaschine 20 unterbunden. In der Motorunterbrechungsdauer für die Unterbindung der Freigabe bzw. Sperrung von Zündung/Einspritzung ist insbesondere die Zeitspanne beinhaltet, nach welcher die Motordrehzahl nach Unterbindung der Momentenerzeugung der elektrischen Maschine 30 wieder zuverlässig ausreichend gefallen ist, so dass Zündung/Einspritzung ohnehin abgeschaltet wären (z. B. bei einer Drehzahl < 50 UpM).
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Der Motorfehlstartverhinderungsteil 15 erkennt einen Übergang von stehender zu laufender Brennkraftmaschine 20 anhand einer Auswertung eines gespeicherten und fortlaufend aktualisierten Zustandswerts betreffend eine Drehgeschwindigkeit (z. B. „Drehzahl“) der Brennkraftmaschine 20. Im dargestellten Beispiel wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine 20 über die Kommunikationsverbindung 11' fortlaufend an die Steuereinrichtung 10 kommuniziert, welche diese Drehzahl in einem Warm-Reset-festen Speicherbereich der Steuereinrichtung 10 speichert und fortlaufend aktualisiert. Damit ist eine fehlerfreie Erkennung auch nach einem Warm-Reset der den Motorfehlstartverhinderungsteil 15 implementierenden Steuereinheit (z. B. Microcontrollereinrichtung) gewährleistet.
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Die vom Motorfehlstartverhinderungsteil 15 erfolgende Auswertung könnte z. B. darin bestehen, zu prüfen, ob ein Übergang von einer Drehzahl von annähernd Null (z. B. Drehzahl kleiner 50 UpM) auf eine annähernd dem Leerlauf der Brennkraftmaschine entsprechende Drehzahl (oder mehr) stattgefunden hat (z. B. Drehzahl größer 700 UpM, bei Nennleerlaufdrehzahl von 900 UpM) .
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Da bei Brennkraftmaschinen in der Regel jedoch Zündung und Kraftstoffeinspritzung bereits bei wesentlich niedrigerer Drehzahl freigegeben sind und eine Brennkraftmaschine, wenn Verbrennung möglich ist, im Anschluss „selbständig“ auf Leerlaufdrehzahl kommen kann, ist es zumeist zweckmäßig, dass als Schwelle für die Erkennung einer laufenden Brennkraftmaschine eine wesentlich kleinere Drehzahl als die Leerlaufdrehzahl verwendet wird (z. B. weniger als 20% oder sogar weniger als 10% der betreffenden Leerlaufdrehzahl).
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Vor diesem Hintergrund besteht im dargestellten Beispiel die Auswertung darin, zu prüfen, ob bei der Brennkraftmaschine 20 ein Übergang von einer Drehzahl von annähernd Null (z. B. Drehzahl kleiner 50 UpM) auf eine Drehzahl von mindestens 50 UpM (oder mehr) stattgefunden hat.
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Der Motorfehlstartverhinderungsteil 15 führt die erforderliche Prüfung, ob innerhalb einer vorbestimmten zurückliegenden Zeitspanne ein ordnungsgemäßer Start der Brennkraftmaschine 20 angefordert wurde (z. B. mittels des Vorgabesignals s oder z. B. vom Antriebsstrangsteuerteil 14 oder z. B. vom Motorsteuerteil 11) mit Hilfe eines Auslesens aus einem Speicher, in welchem derartige Anforderungen eines ordnungsgemäßen Starts temporär für mindestens die vorbestimmte Zeitspanne gespeichert werden.
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Diese „vorbestimmte Zeitspanne“ sollte mindestens so groß gewählt werden, wie diejenige Zeitspanne, welche die Brennkraftmaschine 20 benötigt, um nach Anforderung eines ordnungsgemäßen Starts vom stehenden Zustand in den laufenden Zustand zu gelangen, bzw. zumindest eine Drehzahl (im Beispiel 50 UpM) erreicht, welche bei der erläuterten Auswertung des Motorfehlstartverhinderungsteils 15 als die Erkennungsschwelle für die Erkennung eines laufenden Zustands der Brennkraftmaschine 20 verwendet wird. Im dargestellten Beispiel sei (lediglich beispielhaft) angenommen, dass dies nach typischerweise 150 ms der Fall ist. Die vorbestimmte Zeitspanne ist hier mit einer gewissen Sicherheitsmarge (allgemein z. B. im Bereich des 1,2-fachen bis 3-fachen der typischen Dauer des Startvorganges) auf 250 ms festgelegt.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Überwachungsteil 13 insbesondere auch dazu ausgebildet, einen ordnungsgemäßen Betrieb des Motorfehlstartverhinderungsteils 15 zu überwachen und im speziellen Falle einer erfassten Fehlfunktion des Motorfehlstartverhinderungsteils 15 dessen Steuerfunktion zu übernehmen. Der Motorfehlstartverhinderungsteil 15 in der normalen Funktionsebene (als Bestandteil des Motorsteuerteils 11) ist somit vorteilhaft redundant auch in der Überwachungsebene implementiert.
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Zusammenfassend wird gemäß des vorstehenden Ausführungsbeispiels eine „temporäre Einspritz- und/oder Zündausblendung“ nach beginnendem Motorlaufen ohne vorangehende Startanforderung eingesetzt, um trotz Fehlerreaktionszeit des Überwachungsteils ein unautorisiertes Starten bzw. Weiterlaufen des Motors auszuschließen. Durch das Aufheben der Einspritz- und Zündausblendung nach einer vordefinierten Zeitdauer (Motorunterbrechungsdauer) bleibt vorteilhaft die Möglichkeit eines Motorstarts durch Anschleppen oder Anschieben des Fahrzeuges erhalten. Bevorzugt wird die Information über den Zustand eines laufenden Motors in einem resetfesten Speicherbereich gespeichert, um nach einem Warm-Reset den Zustand des zuvor laufenden Motors zu erkennen und in diesem Fall bei Erkennung eines laufenden Motors keine Ausblendung vorzunehmen.
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Bei einer nennenswerten Reaktionszeit der Sicherheitsebene z. B. eines Stromrichters (Inverter) zur Bestromungssteuerung der elektrischen Maschine, z. B. in der Größenordnung von etwa 100 bis 300 ms, könnte ohne die erfindungsgemäße Maßnahme im Falle einer Inverter-Fehlfunktion (z. B. mit einem voll angesteuerten Maximalmoment der elektrischen Maschine) der Verbrennungsmotor ohne weiteres eine Drehzahl erreichen, bei welcher normalerweise die Einspritzung aktiviert würde. Mit Hilfe der Erfindung kann jedoch eine sichere Systemfunktion gewährleistet werden, ohne den technischen Aufwand für reduzierte Reaktionszeiten der Sicherheitsebene (insbesondere des Inverters) einzufordern. Dies führt zu einer einer Kostenreduktion (z. B. bei der Realisierung des Inverters).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hybridantriebsanordnung
- 2
- Drehwelle (Kopplung)
- 3
- Kupplung
- 4
- Getriebe
- 5
- Differenzialgetriebe
- W1-W4
- Fahrzeugräder
- s
- Bedienungs/Navigations-Vorgabesignal
- 10
- Steuereinrichtung
- 11
- Motorsteuerteil
- 11'
- Kommunikationsverbindung
- 12
- E-Maschinensteuerteil
- 12'
- Kommunikationsverbindung
- 13
- Überwachungsteil
- 14
- Antriebsstrangsteuerteil
- 15
- Motorfehlstartverhinderungsteil
- 20
- Brennkraftmaschine
- 30
- elektrische Maschine
- 32
- Stromrichtereinrichtung
- 34
- Batterie
- 36
- DC/AC-Wandler
- 38
- DC/DC-Wandler
- 40
- weitere Batterie
