DE102019110420B4

DE102019110420B4 - Anlasser für einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102019110420B4
Application number: DE102019110420.3A
Authority: DE
Inventors: Suresh Gopalakrishnan; Lei Hao; Chandra S. Namuduri; Paul S. Lombardo; Jeffrey R. Aldrich; Chunhao J. Lee; Neeraj S. Shidore
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-05-01
Filing date: 2019-04-19
Publication date: 2021-01-21
Anticipated expiration: 2039-04-20
Also published as: DE102019110420A1; CN110425072B; CN110425072A; US10815954B2; US20190338743A1

Abstract

Anlassersystem für einen Verbrennungsmotor (12), umfassend:einen Anlasser (40) mit einem mehrphasigen bürstenlosen Elektromotor (54) und einer elektronischen Kommutatoranordnung (74), die mit dem Elektromotor (54) verbunden ist, wobei die elektronische Kommutatoranordnung (74) eine Rotorpositions-Erfassungsschaltung (88) und einen Anlasserinverter (140) beinhaltet, und wobei der Anlasser (40) zum Eingreifen in ein drehbares Element des Verbrennungsmotors (12) steuerbar ist; undeine Steuerung (36), die operativ mit dem Anlasserinverter (140) verbunden ist und in Verbindung mit der Rotorpositions-Erfassungsschaltung (88) steht, wobei die Steuerung (36) einen Befehlssatz beinhaltet, der als Reaktion auf einen Befehl zum Ausführen eines Motorstartereignisses ausführbar ist, wobei der Befehlssatz ausführbar ist zum:Bestimmen eines gewünschten Startprofils für den Verbrennungsmotor (12),Steuern des Anlassers (40), um das drehbare Element des Verbrennungsmotors (12) in Eingriff zu bringen,Überwachen der Drehzahl des Elektromotors (54) über die Rotorpositions-Erfassungsschaltung (88), unddynamischen Steuern des Anlasserinverters (140), um den Elektromotor (54) zu steuern, um das drehbare Element des Verbrennungsmotors (12) als Reaktion auf das gewünschte Startprofil zu drehen;wobei der Anlasserinverter (140) dynamisch gesteuert ist, um den Elektromotor (54) zu steuern, um die Drehung des drehbaren Elements des Verbrennungsmotors (12) als Reaktion auf das gewünschte Startprofil zu steuern, um ein Auftreten des Motordrehzahlerhöhungsereignisses während des Motorstartereignisses zu verhindern.

Description

Einleitung
Verbrennungsmotoren können einen elektrischen Anlasser aufweisen, der angeordnet ist, um eine Kurbelwelle zu drehen, was zu einem Startereignis führt. Motorstartereignisse können vom Bediener initiierte Startereignisse und Autostartereignisse beinhalten.
DE 44 30 650 A1 beschreibt eine Motoranlasservorrichtung, mittels der Motorvibrationen und Geräusche während des Anlassens eines Verbrennungsmotors unterdrückt werden können und die in der Lage ist, die zum Anlassen des Verbrennungsmotors nötige elektrische Energiemenge zu verringern. Wenn der Verbrennungsmotor zu drehen beginnt und dabei sein Drehmoment erzeugt, wird die einem Anlassermotor zum Anlassen des Verbrennungsmotors zugeführte elektrische Energie allmählich verringert, womit verhindert werden kann, dass die Summe der vom Anlassermotor und vom Verbrennungsmotor erzeugten Drehmomente übermäßig ansteigt. Falls zum Anlassen des Verbrennungsmotors ein Generator/Motor verwendet wird, wird die Betriebsart des Generators/Motors von der Motorbetriebsart auf die Generatorbetriebsart umgeschaltet, um einen übermäßigen Drehzahlanstieg zu unterdrücken, wenn das Anlassen des Verbrennungsmotors abgeschlossen ist.
DE 10 2017 112 296 A1 beschreibt ein Fahrzeug mit einem Motor, einer elektrischen Maschine, einem Anlasser-Generator, und einem Steuergerät. Der Motor und die elektrische Maschine sind jeweils so konfiguriert, dass sie das Fahrzeug antreiben. Der Anlasser-Generator ist mit dem Motor gekoppelt und so konfiguriert, dass er die Motordrehzahl während eines Motorstartereignisses einstellt. Das Steuergerät ist so programmiert, dass es als Reaktion auf ein Ansteigen der Motordrehzahl in Richtung einer Solldrehzahl während eines Motorstartereignisses mit dem Anlasser-Generator ein Sollschleppmoment erzeugt, um das Überschreiten der Motorsolldrehzahl zu verringern.
US 2003 / 0 038 482 A1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern einer mehrphasigen, reversiblen, rotierenden elektrischen Maschine, die als Lichtmaschine / Anlasser bezeichnet wird, für ein Kraftfahrzeug mit einer Wärmekraftmaschine, die entweder in einem Modus einer elektrischen Generator-Lichtmaschinen oder als Elektromotor arbeiten kann, insbesondere zum Starten der Wärmekraftmaschine, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Maschine während des Betriebs im Elektromotormodus gemäß zwei Modi angetrieben wird, die unterschiedlichen Drehzahl- / Drehmomentkennlinien entsprechen, nämlich einem ersten Modus, der als Startermodus bezeichnet wird und es ermöglicht, die Wärmekraftmaschine des Fahrzeugs anzutreiben, um sie mit hohen Drehmomenten für niedrige Drehzahlen zu starten, während der zweite Modus, der als Hilfsmotormodus bezeichnet wird, es ermöglicht, mindestens eine Stromverbrauchereinheit, wie z.B. ein Zubehörteil, und/oder die Wärmekraftmaschine bei höheren Drehzahlen und niedrigeren Drehmomenten als im ersten Modus zu betreiben.
Kurzdarstellung
Ein Anlassersystem für einen Verbrennungsmotor wird beschrieben und beinhaltet einen Anlasser mit einem mehrphasigen bürstenlosen Elektromotor und einer elektronischen Kommutatoranordnung, die mit dem Elektromotor verbunden ist, wobei die elektronische Kommutatoranordnung eine Rotorpositions-Erfassungsschaltung und einen Anlasserinverter beinhaltet, und wobei der Anlasser zum Eingreifen in ein drehbares Element des Verbrennungsmotors steuerbar ist. Eine Steuerung ist operativ mit dem Anlasserinverter verbunden und steht in Verbindung mit der Rotorpositions-Erfassungsschaltung. Die Steuerung beinhaltet einen Befehlssatz, der als Reaktion auf einen Befehl zum Ausführen eines Motorstartereignisses ausführbar ist. Der Befehlssatz enthält die Schritte des Bestimmens eines gewünschten Startprofils für den Verbrennungsmotor, das Steuern des Anlassers, um das drehbare Element des Verbrennungsmotors in Eingriff zu bringen, und das Überwachen der Drehzahl des Elektromotors über die Rotorpositions-Erfassungsschaltung. Der Anlasser wird dynamisch gesteuert, um den Elektromotor zu steuern, um das drehbare Element des Verbrennungsmotors als Reaktion auf das gewünschte Startprofil zu drehen, einschließlich der dynamischen Steuerung des Anlasserinverters zum Steuern des Elektromotors, um die Drehung des drehbaren Elements des Verbrennungsmotors als Reaktion auf das gewünschte Startprofil zu steuern, um ein Motordrehzahlerhöhungsereignis während des Motorstartereignisses zu verhindern.
Ein Aspekt der Offenbarung beinhaltet den Befehlssatz, der ausführbar ist, um den Anlasserinverter dynamisch zu steuern, um den Elektromotor so zu steuern, dass er das drehbare Element des Verbrennungsmotors als Reaktion auf das gewünschte Startprofil dreht, einschließlich einer geschlossenen Steuerroutine, die ausführbar ist, um den Anlasserinverter dynamisch zu steuern, um den Elektromotor so zu steuern, dass er das drehbare Element des Verbrennungsmotors als Reaktion auf das gewünschte Startprofil basierend auf der überwachten Drehzahl des Rotors des Elektromotors dreht.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das gewünschte Startprofil für den Verbrennungsmotor, das ein gewünschtes Drehzahlprofil ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das gewünschte Startprofil für den Motor, das ein gewünschtes Drehmomentprofil ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet den Anlasser mit einem einziehbaren Ritzelrad, das selektiv ausfahrbar ist, um mit dem drehbaren Element des Verbrennungsmotors in Eingriff zu treten.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass das Ritzelrad mechanisch mit einer Rotorwelle des Elektromotors verbunden ist, ohne dass eine Freilaufkupplung dazwischen angeordnet ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das drehbare Element des Verbrennungsmotors, das ein Schwungrad ist, das mit einer Kurbelwelle gekoppelt ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass der Inverter dynamisch gesteuert wird, um den Elektromotor zu steuern, um die Drehung des drehbaren Elements des Verbrennungsmotors als Reaktion auf das gewünschte Startprofil zu steuern, um ein Auftreten des Motordrehzahlerhöhungsereignisses zu verhindern, wobei das Motordrehzahlerhöhungsereignis unkontrollierte Motordrehzahl beinhaltet, die während des Motorstartereignisses mit der Motorzündung verbunden ist.
Die genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Arten und anderen Ausführungsformen zur Ausführung der vorliegenden Lehren, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen deutlich hervor.
Figurenliste
Im Folgenden werden exemplarisch eine oder mehrere Ausführungsformen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in welchen:

1 stellt schematisch ein Fahrzeug mit einem Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor und einem bürstenlosen elektrischen Anlasser dafür dar.
2 zeigt eine geschnittene Seitenansicht, die eine seitliche Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Anlassers darstellt.
3 veranschaulicht eine auseinandergezogene isometrische Rückansicht des in 2 gezeigten Anlassers.
4 stellt eine auseinandergezogene isometrische Vorderansicht des in den 2 und 3 gezeigten Anlassers dar.
5 stellt schematisch eine Steuerschaltung dar, die einer mit Bezug auf 2, 3 und 4 beschriebenen Ausführungsform des Anlassers zugeordnet ist.
6-1 stellt schematisch eine Motorstart-Steuerroutine zur Steuerung über eine Steuerung einer Ausführungsform des Anlassers als Teil einer Anstrengung dar, den Start einer Ausführungsform des Motors zu bewirken.
6-2 stellt schematisch eine drehmomentbasierte geschlossene Autostart-Steuerroutine dar, zum Steuern einer Ausführungsform des Anlassers als Teil einer Anstrengung, um den Start einer Ausführungsform des Motors zu bewirken.
6-3 zeigt schematisch eine drehzahlbasierte Kupplungs-Autostart-Steuerroutine, zum Steuern einer Ausführungsform des Anlassers als Teil einer Anstrengung, den Start einer Ausführungsform des Motors zu bewirken.
7 zeigt grafisch ein erstes Drehzahlprofil und ein zugehöriges erstes Beschleunigungsprofil und ein zweites Drehzahlprofil und zugehöriges zweites Beschleunigungsprofil, die verschiedenen Arten von Motor-Autostartereignissen zugeordnet sind.
8 zeigt grafisch Motorautostart- und Betriebsparameter in Bezug auf die Zeit während eines Motorstartereignisses für eine Ausführungsform des Motors und des Anlassers, der die Motorstart-Steuerroutine verwendet die mit Bezug auf 6-1, 6-2 und 6-3 beschrieben ist.

Es sollte verstanden werden, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale der vorliegenden Offenbarung, wie hierin offenbart, einschließlich beispielsweise spezifischer Dimensionen, Orientierungen, Orte und Formen, darstellen. Details, die zu solchen Merkmalen gehören, werden teilweise durch die bestimmte beabsichtigte Anwendungs- und Verwendungsumgebung ermittelt.
Ausführliche Beschreibung
Die Komponenten der offenbarten Ausführungsformen, die hierin beschrieben und veranschaulicht sind, können in einer Vielfalt von verschiedenen Konfigurationen angeordnet und konstruiert sein. Daher ist die folgende ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen nicht dazu gedacht, den Umfang der Offenbarung, wie beansprucht, einzuschränken, sondern sie ist lediglich repräsentativ für mögliche Ausführungsformen davon. Obwohl zahlreiche spezielle Einzelheiten in der folgenden Beschreibung dargelegt werden, um ein gründliches Verständnis der hierin offenbarten Ausführungsformen bereitzustellen, können zudem einige Ausführungsformen ohne einige dieser Details in die Praxis umgesetzt werden. Darüber hinaus wurde zum Zwecke der Klarheit bestimmtes technisches Material, das im entsprechenden Stand der Technik verstanden wird, nicht ausführlich beschrieben, um ein unnötiges Verschleiern der Offenbarung zu vermeiden. Des Weiteren sind die Zeichnungen vereinfacht und nicht im exakten Maßstab dargestellt. Darüber hinaus kann die Offenbarung, wie hierin veranschaulicht und beschrieben, in Abwesenheit eines Elements ausgeführt werden, das hierin nicht ausdrücklich offenbart ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten in den verschiedenen Figuren entsprechen, zeigt 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs 10, das ein Antriebssystem 11 umfasst. Das Fahrzeug 10 kann ein Antriebssystem aufweisen, das ausschließlich einen Verbrennungsmotor (Motor) 12 verwendet. Alternativ kann das Fahrzeug 10 ein Hybridelektrofahrzeug (HEV - Hybrid Electric Vehicle) sein, das einen Antriebsstrang aufweist, der sowohl den Motor 12 als auch eine elektrische Antriebsquelle verwendet. Im Falle der HEV-Ausführungsform des Fahrzeugs 10 können entweder der Motor 12 und/oder die elektrische Antriebsquelle selektiv aktiviert werden, um einen Antrieb, basierend auf den Fahrzeugbetriebsbedingungen und anderen Faktoren, bereitzustellen.
Der Motor 12 kann in einer Ausführungsform am Fahrzeug 10 angeordnet sein, und das Fahrzeug kann eine mobile Plattform in Form eines Nutzfahrzeugs, eines industriellen Fahrzeugs, eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs, eines Personenfahrzeugs, eines Flugzeugs, eines Wasserfahrzeugs, eines Zuges, eines Geländefahrzeugs, einer persönlichen Bewegungsvorrichtung, eines Roboters und dergleichen umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt, um die Zwecke dieser Offenbarung zu erzielen. Alternativ kann der Motor 12 auf einer stationären Energiequelle angeordnet sein.
Der Motor 12 überträgt Drehmoment auf eine Welle 14. Entlang der Welle 14 können eine oder mehrere Entkopplungsvorrichtungen enthalten sein, um die Drehmomentabgabe des Motors 12 von den verbleibenden Abschnitten des Antriebsstrangs zu entkoppeln. Eine Kupplung 16 ist vorgesehen, um eine teilweise oder vollständige Drehmomententkopplung des Motors 12 zu ermöglichen. In einem Beispiel ist Kupplung 16 eine Reibungskupplung mit einer Vielzahl von Reibungsplatten, die mindestens teilweise zur Übertragung von Drehmoment eingreifen, wenn die Kupplung geschlossen ist, und bei geöffneter Kupplung 16 getrennt sind und den Drehmomentfluss zwischen den nachgelagerten Abschnitten des Antriebsstrangs und dem Motor 12 isolieren. Es kann auch ein Drehmomentwandler 18 enthalten sein und für eine Fluidkopplung zwischen dem Ausgabeabschnitt des Motors 12 und nachgelagerten Bereichen des Antriebssystems 11 sorgen. Der Drehmomentwandler 18 arbeitet so, dass die Drehmomentübertragung von dem Motor 12 auf den Rest des Antriebssystems 11 gleichmäßig ansteigt. Der Drehmomentwandler 18 ermöglicht ebenfalls eine Entkopplung des Motors 12, sodass der Motor 12 bei niedriger Drehzahl weiterlaufen kann, ohne einen Antrieb des Fahrzeugs 10 zu erzeugen, z. B. bei stationären Leerlaufbedingungen.
Im Fall der HEV-Ausführungsform des Fahrzeugs 10 kann die elektrische Antriebsquelle ein erster Motor 20 sein, der von einer externen Hochspannungs-Energieversorgung und einem Energiespeichersystem mit einer Hochspannungsantriebsbatterie 22, d. h., einer Gleichspannungsquelle, angetrieben wird. In einer Ausführungsform ist eine Hochspannungsantriebsbatterie eine, die eine Betriebsspannung von mehr als ungefähr 36 V, aber weniger als 60 V aufweist. Beispielsweise kann die Antriebsbatterie eine Lithiumionen-Hochvoltbatterie mit einer Nennspannung von 48 V sein. Bei der HEV-Ausführungsform des Fahrzeugs 10 wird der Hochspannungsgleichstrom vor dem Anlegen an den ersten Elektromotor 20 durch einen Wechselrichter 24 aufbereitet. Der Wechselrichter 24 enthält mehrere Schalter und eine Steuerschaltung, die den Gleichstrom in dreiphasigen Wechselstrom zum Antrieb des Elektromotors 20 umwandelt. Ein negativer Anschluss der Hochspannungsantriebsbatterie 22 ist elektrisch mit einer Chassismasse 95 verbunden.
Zusätzlich kann der erste Elektromotor 20 im Fall des HEV-Antriebsstrangs in Abhängigkeit von der Richtung des Leistungsflusses mehrere Betriebsmodi aufweisen. In einem Motormodus ermöglicht die von der Hochspannungsantriebsbatterie 22 gelieferte Leistung dem ersten Elektromotor 20, ein Ausgangsdrehmoment an einer Welle 26 zu erzeugen. Das Ausgangsdrehmoment des ersten Elektromotors 20 kann dann durch ein Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis 28 übertragen werden, um die Auswahl eines gewünschten Übersetzungsverhältnisses vor der Abgabe eines Ausgangsdrehmoments an einen Endantriebsmechanismus 30 zu erleichtern. Der Achsantriebsmechanismus 30 kann ein Mehrgang-Differential sein, das so konfiguriert ist, dass dieses ein Drehmoment auf eine oder mehrere Seiten- oder Halbwellen 31 verteilt, die mit den Rädern 32 gekoppelt sind. Der erste Elektromotor 20 kann entweder dem Getriebe 28 vorgelagert, dem Getriebe 28 nachgelagert oder innerhalb eines Gehäuses des Getriebes 28 integriert sein.
Der erste Elektromotor 20 kann ebenfalls konfiguriert sein, um in einem Energieerzeugungsmodus zu arbeiten, um die Drehbewegung verschiedener Komponenten des Antriebssystems 11 in elektrische Leistung umzuwandeln, einschließlich zum Speichern in der Hochspannungsantriebsbatterie 22. Wenn sich das Fahrzeug 10 bewegt, gleich ob per Motor 12 angetrieben oder durch Schub aus seiner eigenen Trägheit, dreht die Drehung der Welle 26 einen Anker oder Rotor (nicht dargestellt) des ersten Elektromotors 20. Die Bewegung bewirkt ein elektromagnetisches Feld zur Erzeugung eines Wechselstroms, der durch den Wechselrichter 24 in Gleichstrom umgewandelt wird. Der Gleichstrom kann dann der Hochspannungsantriebsbatterie 22 zugeführt werden, um ihren Ladezustand wieder aufzufüllen. Ein unidirektionaler oder bidirektionaler Gleichspannungswandler 33 kann verwendet werden, um eine Niederspannungsbatterie 34 (z. B. 12 V) aufzuladen und Niederspannungslasten 35 zu versorgen, wie beispielsweise 12-V-Lasten. Wenn ein bidirektionaler DC/DC-Wandler 33 verwendet wird, kann die Hochspannungsbatterie 22 von der Niederspannungsbatterie 34 aus gestartet werden. Entweder die Niederspannungsbatterie 34 oder die Hochspannungsantriebsbatterie 22 kann verwendet werden, um dem Anlasser 40 elektrische Energie zuzuführen, um den Motor 12 zu drehen und zu starten.
Die verschiedenen hier erörterten Komponenten des Antriebssystems können von einer oder mehreren zugeordneten Steuerung(en) gesteuert und überwacht werden. Die Steuerung 36, obwohl schematisch als einzelne Steuerung dargestellt, kann als eine Steuerung oder als ein System zusammenwirkender Steuerungen zur gemeinsamen Verwaltung des Antriebssystems umgesetzt werden. Mehrere Steuermodule können über einen seriellen Bus (z. B. ein CAN (Controller Area Network)) oder über separate Leiter verbunden sein. Die Steuerung 36 enthält einen oder mehrere digitale Rechner, die jeweils einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Festwertspeicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeits-Taktgeber, eine Analog/Digital(A/D)- und eine Digital/Analog (D/A)-Schaltung sowie Ein-/Ausgabeschaltungen (E/A) und Vorrichtungen sowie eine entsprechende Signalaufbereitung und Pufferschaltung aufweisen. Die Steuerung 36 kann auch eine Anzahl von Algorithmen oder vom Computer ausführbaren Anweisungen speichern, die nötig sind, um Befehle zum Ausführen von Aktionen gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erteilen.
Die Steuerung 36 ist programmiert, um den Betrieb der verschiedenen hierin erläuterten Antriebssystemkomponenten zu überwachen und zu koordinieren. Die Steuerung 36 steht mit dem Motor 12 in Verbindung und empfängt Signale, die die Motordrehzahl, die Kühlmitteltemperatur und/oder andere Motorbetriebsbedingungen anzeigen. Die Steuerung 36 kann ebenfalls mit dem ersten Elektromotor 20 in Verbindung stehen und Signale empfangen, die die Motordrehzahl, das Drehmoment und die Stromaufnahme angeben. Die Steuerung 36 kann ebenfalls mit der Hochspannungsantriebsbatterie 22 in Verbindung stehen und Signale empfangen, die Statusanzeigen wie einen Ladezustand der Batterie (SOC - State of Charge), die Batterietemperatur und die Stromaufnahme anzeigen. Die Steuerung 36 kann ebenfalls Signale empfangen, die die Schaltungsspannung über dem Hochspannungsbus anzeigen. Die Steuerung 36 kann ferner mit einem oder mehreren Sensoren in Verbindung stehen, die angeordnet sind, um ein oder mehrere Fahrereingabepedale 38 zu überwachen, um Signale zu empfangen, die eine bestimmte Pedalstellung angeben und die eine Beschleunigungsanforderung des Fahrers widerspiegeln können. Das/die Fahrereingabepedal(e) 38 kann/können in einer Ausführungsform ein Gaspedal und/oder ein Bremspedal umfassen. In alternativen Ausführungsformen, wie beispielsweise einem selbstfahrenden autonomen Fahrzeug, kann die Beschleunigungsanforderung von einem Rechner bestimmt werden, der sich entweder an Bord des Fahrzeugs 10 oder außerhalb des Fahrzeugs befindet.
Wie vorstehend erwähnt, können im Fall der HEV-Ausführungsform des Fahrzeugs 10 der Motor 12 und/oder der erste Elektromotor 20 zu einem bestimmten Zeitpunkt mindestens auf Grundlage der Antriebsanforderungen des betreffenden Fahrzeugs betrieben werden. Während Bedingungen hoher Drehmomentanforderungen kann die Steuerung 36 bewirken, dass sowohl der Motor 12 als auch der erste Elektromotor 20 aktiviert werden, sodass jede der Antriebsquellen ein entsprechendes Ausgangsdrehmoment für den gleichzeitigen oder kombinierten Antrieb des Fahrzeugs 10 bereitstellt. Bei bestimmten Bedingungen mit gemäßigtem Drehmomentbedarf arbeitet der Motor 12 effizient und kann als einzige Antriebsquelle verwendet werden. Beispielsweise kann der erste Elektromotor 20 während einer Autobahnfahrt des HEV mit einer relativ konstanten Geschwindigkeit deaktiviert werden, sodass nur der Motor 12 ein Ausgangsdrehmoment bereitstellt.
Unter anderen Betriebsbedingungen des HEV kann der Motor 12 deaktiviert werden, sodass nur der erste Elektromotor 20 ein Ausgangsdrehmoment bereitstellt. Die Kupplung 16 kann geöffnet werden zur Entkopplung der Welle 14 von den nachgelagerten Abschnitten des Antriebsstrangs. Insbesondere beim Rollen des Fahrzeugs, wenn ein Fahrer das Fahrzeug 10 unter seiner eigenen Trägheit und durch Straßenreibung verzögern lässt, kann der Motor 12 deaktiviert und der erste Elektromotor 20 im Generatorbetrieb zur Energierückgewinnung betrieben werden. Außerdem kann selbst in einem Fahrzeug 10, das nur den Motor 12 zum Vortrieb verwendet, die Deaktivierung des Motors 12 während eines vorübergehenden Fahrzeugstopps, beispielsweise an einer Ampel, wünschenswert sein. Anstatt den Motor 12 im Leerlauf zu lassen, kann der Kraftstoffverbrauch durch Deaktivieren des Motors beim Stillstand des Fahrzeugs 10 reduziert werden. In beiden Beispielen kann es vorteilhaft sein, den Motor 12 als Reaktion auf eine nachfolgende Wiederaufnahme oder zur Erhöhung der Antriebsanforderung schnell neu zu starten. Ein sofortiges Starten des Motors 12 kann vermeiden, dass ein rauer Lauf und/oder eine Latenz bei der Leistungsabgabe von einem Fahrer des Fahrzeugs 10 wahrgenommen werden.
Das Fahrzeug 10 beinhaltet ebenfalls einen zweiten Elektromotor, im Folgenden als Anlasser 40 bezeichnet, der einen bürstenlosen Mehrphasen-Elektromotor 54 verwendet. Der Anlasser 40 ist mit dem Motor 12 gekoppelt und angeordnet, um ein Anlassdrehmoment als Teil eines Motorstartereignisses zu erzeugen, einschließlich einer Verwendung in einer Motorstopp/-start-Routine.
Wenn der Anlasser 40 mit dem Motor 12 in Eingriff steht, was zu einem Motorstartereignis führt, dreht der Anlasser 40 eine Kurbelwelle des Motors 12, um das Starten derselben zu erleichtern, was ein Kaltstartereignis, ein Warmstartereignis oder ein Autostartereignis sein kann. Insbesondere ist der Anlasser 40 so konfiguriert, dass er mit einem externen Zahnkranz 12A, der mit einer Kurbelwellen-Schwungscheibe oder einer Biegeplatte (nicht gezeigt) des Motors 12 verbunden ist, um den Motor 12 zu drehen, einkuppelt und selektiv ein Eingangsdrehmoment T an diesen anlegt. Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist die Steuerung 36 so programmiert, dass diese einen Befehl zum Starten des Motors 12 unter Verwendung des Anlassers 40 als Reaktion auf eine Beschleunigungsanforderung ausgibt, wie z. B. über einen/mehrere Sensor(en) (nicht gezeigt) am/an den Fahrereingabepedal(en) 38, nach einem Autostopp-Ereignis, wie es als Reaktion auf ein Periode mit verringerter Beschleunigungsanforderung auftreten kann.
Wie in den 2-4 dargestellt, ist der Anlasser 40 als ein auf der Achse angeordneter Elektromotor konfiguriert. Wie hierin definiert, bedeutet „auf der Achse“, dass der Anlasser 40 so entworfen und konstruiert ist, dass die Getriebekomponenten des Anlassers, der Elektromotor und die elektronische Kommutatoranordnung auf einer gemeinsamen ersten Achse X1 angeordnet sind. Der Anlasser 40 beinhaltet einen Teil-Planetenradsatz 42, der funktionsfähig über ein Gehäuse 45 mit einem Anlasserritzelgetriebe 44 verbunden ist, das ausgestaltet ist, sich entlang einer ersten Achse X1 zu verschieben. Eine Feder 43 ist auf der Welle 48 angeordnet, um das Ritzelrad 44 in einen ausgerückten Zustand zu versetzen. Der Teil-Planetenradsatz 42 stellt eine Drehzahlreduzierung bereit, wie ungefähr zwischen 25:1 und 55:1, um ein Kurbeldrehmoment an der Motorkurbelwelle als eine gewünschte Kurbelwellendrehzahl auszugeben. Wie mit Bezug auf die 2-4 erörtert, beinhaltet der Anlasser 40 ein Zahnradsatzgehäuse 46, das so konfiguriert ist, dass dieses den Teil-Planetenradsatz 42 aufnehmen kann und einen Montageflansch 46A zur Befestigung an dem Motor 12 über geeignete Befestigungselemente aufweist.
Das Teil-Planetengetriebe 42 umfasst ein inneres Tellerrad 42-1, das an dem Zahnradsatzgehäuse 46 befestigt ist. Der Teil-Planetenradsatz 42 beinhaltet ferner eine Vielzahl von Planetenrädern 42-2 in Eingriff mit dem inneren Zahnkranz 42-1 und einen Planetenträger 42-3, der zum Halten der Planetenräder 42-2 konfiguriert ist. Insbesondere kann der Teil-Planetenradsatz 42 über eine Ritzelwelle 48 direkt mit dem Anlasserritzelgetriebe 44 verbunden werden. Zu diesem Zweck kann die Welle 48 eine Außenverzahnung 48A beinhalten, während das Ritzelrad 44 eine passende Innenverzahnung 44A beinhaltet, so dass das Ritzelrad 44 entlang der Ritzelwelle 48 gleiten kann, wenn das Ritzelrad 44 in einer Ausführungsform zum Eingriff mit dem Zahnkranz 12A an dem Motorschwungrad herausgedrückt wird. Wie dargestellt, ist das Zahnradsatzgehäuse 46 konfiguriert, um eine Nase der Ritzelwelle 48 über eine Lagerfläche 46B zu tragen.
Der Anlasser 40 beinhaltet ebenfalls ein Motorgehäuse 50. Das Zahnradsatzgehäuse 46 kann zusammen mit einer Motorendkappe 68 an dem Motorgehäuse 50 befestigt sein, beispielsweise über einen Sprengring 71, der mit Bezug auf 3 gezeigt ist. Das Motorgehäuse 50 umfasst ein erstes Lager 52 und ist konfiguriert, um den bürstenlosen Elektromotor 54 aufzunehmen, der ein Permanentmagnet-Wechselstrom- oder Gleichstrom-Elektromotor ist. Die Motorendkappe 68 kann über mehrere Schrauben 269 an dem Getriebegehäuse 46 befestigt sein. Der bürstenlose Elektromotor 54 kann zum Beispiel einer von mehreren Motortypen sein, wie beispielsweise ein Induktionsmotor, ein Permanentmagnet(PM)-Motor mit Oberflächenmontage, ein PM-Innenmotor, ein Synchron-Reluktanzmotor, ein PM-Reluktanzmotor, ein Jochring-Asynchronmotor oder ein geschalteter Reluktanzmotor. Der bürstenlose Elektromotor 54 kann ebenfalls ein Radial- oder ein Axialmotor sein. Die Drahtauswahl an dem bürstenlosen Elektromotor 54 kann zum Beispiel einen Einzeldrahtleiter umfassen, der einen runden, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen kann, der für konzentriertes oder verteiltes Wickeln verwendet werden kann.
Im Vergleich zu Bürsten-Elektromotoren können bürstenlose Motoren aufgrund des Entfalls des physikalischen Verschleißes durch den Kontakt der Bürsten am Kommutator eine längere Lebensdauer aufweisen. Ferner kann eine elektronisch kommutierte elektrische Maschine in der Lage sein, eine präzisere Steuerung der Motordrehzahl im Vergleich zu einem gebürsteten Motor aufzuweisen. In einigen Beispielen kann die zweite elektrische Maschine unter Verwendung einer Feldschwächungssteuerungsstrategie betrieben werden, um die Steuerung der Leistungsabgabe weiter zu verbessern. Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist die Drehung der Anlasserausgabe 40 mit der Drehung des Tellerrads 12A synchronisiert, um Geräusch, Vibration und Härte (NVH - Noise, Vibration, and Harshness) zu reduzieren, die während eines Neustarts der Kraftmaschine 12 auftreten können.
2 zeigt eine aufgeschnittene Seitenansicht, die einen Querschnitt des Anlassers 40 darstellt und in 3 beinhaltet der bürstenlose Elektromotor 54 eine mehrphasige Statoranordnung 56 mit einem Statorkern 56B, der konzentrisch innerhalb des Motorgehäuses 50 in Bezug auf die erste Achse X1 angeordnet ist. Eine Anzahl von Wicklungen 56A ist an dem Statorkern 56B vorgesehen, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen. Die Wicklungen 56A sind elektrisch mit einer Leistungselektronik-Unteranordnung 78 einer elektronischen Kommutatoranordnung 74 durch eine Vielzahl von Phasenleitern 57 verbunden, die hochtemperaturgeprüfte (>240 °C) isolierte Leitungen sind, die vom bürstenlosen Elektromotor 54 nach außen parallel mit der ersten Achse X1 hervorragen und ragen in Richtung auf die elektronische Kommutatoranordnung 74 vor, um mit dieser elektrisch verbunden zu sein. Die Phasenleiter 57 sind am Außenumfang der Statoranordnung 56 positioniert und befinden sich in einem mechanischen Abstand von 120 Grad. Die Phasenleiter 57 sind elektrisch mit entsprechenden Phasenanschlüssen 97 verbunden, und jeder der Phasenanschlüsse 97 ist elektrisch mit einem der Schenkel des Anlasserinverters 140 verbunden, um einen Phasenstrom zu leiten. Der bürstenlose Elektromotor 54 umfasst ebenfalls eine Rotoranordnung 58, die zur Drehung innerhalb der Statoranordnung 56 angeordnet ist. Die Rotoranordnung 58 umfasst einen Rotor 58A. Der bürstenlose Elektromotor 54 wird angetrieben, wenn die Wicklungen 56A sequentiell betrieben werden, um ein rotierendes elektromagnetisches Feld zu erzeugen, und die Rotoranordnung 58 wird gedreht, wenn der Statorkern 56B somit erregt wird.
Der Statorkern 56B hat eine zylindrische Form und definiert einen hohlen Mittelabschnitt zur Aufnahme des Rotors 58A. Gemäß zumindest einem Beispiel kann der Außendurchmesser des Statorkerns 56B auf nicht mehr als 80 mm begrenzt sein. Der Rotor 58A ist so konfiguriert, dass dieser sich relativ zu dem Statorkern 56B um die erste Achse X1 dreht. Der Rotor 58A kann in Schichten oder Lamellen gebildet sein, die in axialer Richtung entlang der ersten Achse X1 gestapelt sind, wobei das Blechpaket eine aktive Länge des Anlassers 40 definiert. Gemäß einem Beispiel ist die Länge des Blechpakets auf nicht mehr als 40 Millimeter begrenzt. Die Gesamtgröße des Anlassers 40 kann von den Packungsbeschränkungen abhängig sein, sodass ein Verhältnis des Außendurchmessers des Statorkerns 56B zur Blechpaketlänge in einem Bereich zwischen ungefähr 1,5 und 3,5 liegt.
Der Rotor 58A kann mehrere Öffnungen 59 definieren, die nahe dem Außenumfangsabschnitt des Rotors angeordnet sind, und jede Öffnung kann konfiguriert sein, um einen Permanentmagneten 59A zu halten. Die Öffnungen 59 sind so bemessen, dass sie die Herstellbarkeit verbessern, beispielsweise mit einer Öffnungsweite von mindestens etwa 2 Millimetern. Die Vielzahl von Permanentmagneten 59A kann aus einer Art von Legierung auf Eisenbasis, wie beispielsweise Neodym, gebildet sein und zusammenwirken, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das nach dem Erregen des Stators mit diesem interagiert, um eine Bewegung des Rotors 58A zu bewirken. Zum Beispiel kann jeder der Permanentmagneten 59A eine rechteckige Form besitzen, um zur Vereinfachung beizutragen und die Herstellungskosten zu senken. Andere Magnetformen können jedoch für eine spezifische Anwendung des bürstenlosen Elektromotors 54 gemäß der vorliegenden Offenbarung geeignet sein.
Die Permanentmagnete 59A sind so angeordnet, dass diese eine Anzahl von magnetischen Polen um den Rotor 58A bilden. Jeder der Dauermagnete 59A ist innerhalb einer der Öffnungen 59 des Rotors 58A befestigt und fungiert als ein magnetischer Pol des rotierenden elektrischen Motors. Der magnetische Fluss wird in einer zum Körper des Magneten 59A senkrechten Richtung erzeugt. Die Öffnungen 59 des Rotors 58A können so geformt sein, dass diese Luftspalten (nicht gezeigt) auf jeder Seite jedes Permanentmagneten 59A umfassen. Die Luftspalten zwischen jedem Pol können so bemessen sein, dass diese den Flussverlust zwischen den magnetischen Polen des Rotors 58A reduzieren. Jeder Permanentmagnet 59A ist so ausgerichtet, dass dieser eine entgegengesetzte Richtung der Polarität in Bezug auf benachbarte Magnete aufweist, um einen magnetischen Fluss in entgegengesetzten Richtungen zu erzeugen. Die Anzahl der Pole kann gemäß den Leistungsanforderungen des bürstenlosen Elektromotors 54 ausgewählt werden.
Die Rotoranordnung 58 umfasst eine Welle 58B. Die Welle 58B ist auf der ersten Achse X1 angeordnet, wird von dem ersten Lager 52 getragen und ist direkt mit einem Sonnenrad 60 verbunden, das zum Eingriff mit dem Teil-Planetengetriebe 42 konfiguriert ist. Wie gezeigt, kann das Sonnenrad 60 integral mit der Welle 58B ausgebildet sein. Eine Nase 62 der Welle 58B kann über eine Lagerfläche 64 gesteuert werden, die in der Ritzelwelle 48 konfiguriert ist, sodass sich die Ritzelwelle 48 und die Welle 58B jeweils um die erste Achse X1 drehen. Die Rotoranordnung 58 beinhaltet ebenfalls einen Rotorpositionszielmagnet 66. Wie in 2 gezeigt, kann der Rotorpositionszielmagnet 66 als ein oder mehrere radial oder diametral orientierte Magnete konfiguriert sein, die an einem Ende der Rotorwelle 58B befestigt sind. Das Ziel kann auch aus elektrisch leitfähigen oder weichen magnetischen Materialien zur Verwendung mit einem induktiven Sensor mit hoher Frequenzerregung auf der Sensorplatine anstelle des Halleffekt-Sensors hergestellt werden.
Die Rotoranordnung 58 einschließlich der Welle 58B, des Sonnenrades 60, des Teil-Planetenradsatzes 42, der Ritzelwelle 48 und dem Ritzelrad 44 sind ohne eine beliebige Form von Einwege- oder einer anderen übergeordneten Kupplung angeordnet, die zwischen diesen angeordnet ist, sodass die Drehung der Rotoranordnung 58 direkt mechanisch mit der Drehung des äußeren Zahnkranzes 12A des Motorschwungrads gekoppelt ist, wenn das Ritzelrad 44 ausgefahren ist, um damit in Eingriff zu stehen. Insofern ist die Drehzahl des Anlassermotors gleich einem skalaren Vielfachen der Drehzahl des Motors 12, wenn das Ritzelrad 44 ausgefahren ist und mit dem äußeren Zahnkranz 12A in Eingriff steht.
Der bürstenlose Elektromotor 54 umfasst ebenfalls eine Motorendkappe 68, die so konfiguriert ist, dass diese mit dem Motorgehäuse 50 zusammenpasst und dieses umschließt. Wie in den 3 und 4 gezeigt, kann die Motorendkappe 68 über mehrere Bolzen 69 an dem Zahnradsatzgehäuse 46 befestigt sein und somit das Motorgehäuse 50 dazwischen beinhalten. Die Motorendkappe 68 umfasst eine Öffnung, die eine Montagestruktur für ein zweites Lager 70 bereitstellt, das konfiguriert ist, um die Welle 58B zur Drehung in Bezug auf die erste Achse X1 zu lagern. Wie in den 3 und 4 gezeigt, kann der Sprengring 71 eingesetzt werden, um das zweite Lager 70 innerhalb der Öffnung der Motorendkappe 68 zu halten. Der bürstenlose Elektromotor 54 umfasst zusätzlich eine Elektronikabdeckung 72 mit einem Leistungsverbinder 73 (dargestellt in 3 und 4) zum Anlegen elektrischer Leistung von der Hochspannungsantriebsbatterie 22 und einem Steuersignalverbinder (nicht dargestellt) zum Kommunizieren mit der Motorsteuerung zum Empfangen von Autostart- und Autostoppbefehlen. Die Elektronikabdeckung 72 ist so konfiguriert, dass diese mit der Motorendkappe 68 zusammenpasst und die elektronische Kommutatoranordnung 74 aufnimmt oder umschließt. Die elektronische Kommutatoranordnung 74 umfasst eine Steuerelektronik-Unteranordnung 76 und die Leistungselektronik-Unteranordnung 78, die in einem wärmeleitfähigen dielektrischen Material eingekapselt sind, um mechanische Stöße und Schwingungen zu mildern und um einen thermischen Pfad zur Elektronikabdeckung 72 für die Wärmeableitung bereitzustellen. Die Steuerelektronik-Unteranordnung 76 ist zwischen der Motorendkappe 68 und der Leistungselektronik-Unteranordnung 78 angeordnet. Dementsprechend ist der bürstenlose Elektromotor 54, wie dargestellt, zwischen dem Teil-Planetengetriebe 42 und der elektronischen Kommutatoranordnung 74 angeordnet, während das Teil-Planetengetriebe 42 zwischen dem Anlasserritzel 44 und dem Elektromotor 54 angeordnet ist. Die Elektronikabdeckung 72 kann an der Leistungselektronik-Unteranordnung 78 über entsprechende Verbindungselemente, wie beispielsweise Schrauben 79, die in 3 dargestellt sind, befestigt werden.
Wie in den 2-4 dargestellt, umfasst der Anlasser 40 zusätzlich eine Schaltmagnetanordnung 80. Die Schaltmagnetanordnung 80 umfasst ein Triebstockgetriebe-Schaltmagnet 82 und ein Stellglied 83, und der Triebstockgetriebe-Schaltmagnet 82 ist auf einer zweiten Achse X2 angeordnet, die parallel zur ersten Achse X1 angeordnet ist. Die Schaltmagnetanordnung 80 ist so konfiguriert, dass sie an dem Zahnradsatzgehäuse 46 montiert und befestigt werden kann, beispielsweise über ein geeignetes Verbindungselement. Die Schaltmagnetanordnung 80 ist ferner ausgestaltet, um das Anlasserritzelgetriebe 44 entlang der ersten Achse X1 zu drücken, wie durch Pfeil 84 angedeutet, um den Zahnkranz 12A in Eingriff zu bringen, um den Motor 12 auf Befehl der Steuerung 36 neu zu starten. Der Triebstockgetriebe-Schaltmagnet 82 kann das Anlasserritzelgetriebe 44 beispielsweise über einen Hebelarm 85 (in 2 gezeigt) schalten.
Die Steuerelektronik-Unteranordnung 76 kann eine Prozessorschaltungsplatine 86 aufweisen, die senkrecht zu der ersten Achse X1 angeordnet ist, und eine oder mehrere Rotorpositions-Erfassungsschaltungen 88, beispielsweise einen Halleffekt-Sensor, der zum Überwachen des Rotorpositionszielmagnets 66 konfiguriert ist. Die Rotorpositions-Erfassungsschaltung 88 ist so angeordnet, dass diese einen vorgegebenen Abstand (z. B. 0,5 mm bis 1,5 mm) vom Rotorpositionszielmagnet 66 am Ende der Rotorwelle 58B einhält. Die Leistungselektronik-Unteranordnung 78 kann eine Leistungsschaltungsplatine 90 umfassen, die parallel zu der Prozessorschaltungsplatine 86 angeordnet ist, ein Stromwelligkeitsfilter 92 und einen Kühlkörper 94, der zum Absorbieren von Wärmeenergie von der Leistungsschaltungsplatine 90 konfiguriert ist. Die Leistungselektronik-Unteranordnung 78 kann zusätzlich einen wärmeleitfähigen elektrischen Isolator 96 umfassen, der zwischen der Leistungsschaltungsplatine 90 und dem Stromwelligkeitsfilter 92 angeordnet ist. Das Stromwelligkeitsfilter 92 kann mehrere Filterkondensatoren 98 umfassen, die auf einem Teilkreis Cp (in 4 dargestellt) angeordnet sind, der auf der ersten Achse X1 zentriert ist und senkrecht zu dieser angeordnet ist. Wie in den 2-4 dargestellt, ist jeder der Vielzahl von Filterkondensatoren 98 mit einer Längsachse angeordnet, die sich parallel zur Leistungsschaltungsplatine 90, zwischen der Leistungsschaltungsplatine 90 und der Leistungsschaltungsplatine 86, entlang der ersten Achse X1 befindet.
Ausführungsformen der Rotorpositions-Erfassungsschaltung 88 können Rohwinkelpositionssensoren, die ein inkrementelles oder absolutes Positionssignal bereitstellen, beinhalten. Ein Positionssignal von einem Absolutpositionssensor ist proportional zu einer wahren Position, unabhängig davon, ob der Rotor stationär ist oder sich bewegt. Ein inkrementeller Positionssensor erfasst Positionsänderungen. In einer Ausführungsform beinhaltet die Rotorpositions-Erfassungsschaltung 88 zur Verwendung in der vorliegenden Anmeldung den Multiplikationscodierer oder digitale Hall-Sensoren, z. B. unter Verwendung polymerverbundener mehrpoliger Magnete, und in dem/denen Encoder/Hall-Impulse und Kommutierungsimpulse als Signalausgaben erzeugt werden. Die Rotorpositions-Erfassungsschaltung 88 enthält ebenfalls einen intelligenten Chip auf Mikroprozessorbasis, um die Positionssignale zu extrahieren und zu übertragen. Ein anderer Sensor ist ein analoger Halleffekt-Sensor, beispielsweise ein Sensor, der Neodym-Magneten verwendet, oder andere feldbasierte Sensoren, die zum Erzeugen von Sinus- und Cosinussignalen als Sensorausgaben betreibbar sind. Andere Sensortypen, die ähnliche Sinus- und Cosinusausgänge erzeugen, sind induktive und reluktanzartige Positionssensoren, die beide auf den Einsatz von Magneten in ihrem Betrieb verzichten.
Der Teilplanetengetriebesatz 42 kann zusammen mit dem Getriebesatzgehäuse 46 und dem Anlasserritzelgetriebe 44 Teil einer ersten Unterbaugruppe 100 sein. Die Schaltmagnetanordnung 80 kann Teil einer zweiten Unteranordnung 102 sein. Das Motorgehäuse 50, der bürstenlose Elektromotor 54 und die Motorendkappe 68 können Teil einer dritten Unteranordnung 104 sein. Die Elektronikabdeckung 72 und die elektronische Kommutatoranordnung 74 können Teil einer vierten Unteranordnung 106 sein. Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die erste Unteranordnung 100 so konfiguriert sein, dass diese vormontiert mit der zweiten Unteranordnung 102 ist, die dritte Unteranordnung 104 kann so konfiguriert sein, dass diese mit den vormontierten ersten und zweiten Unteranordnungen 100, 102 zusammengebaut wird, und die vierte Unteranordnung 106 ist so konfiguriert, dass diese mit den vormontierten ersten, zweiten und dritten Unteranordnungen 100, 102, 104 zusammengebaut wird, um einen vollständigen elektrischen Anlasser 40 bereitzustellen. Des Weiteren kann, bevor einzelne Unteranordnungen in den Anlasser 40 eingebaut werden, jede der ersten, zweiten, dritten und vierten Unteranordnungen 100, 102, 104, 106 separat und einzeln gegen jeweilige vordefinierte Betriebsparameter getestet werden, um die erforderliche Leistung jeder Unteranordnung zu überprüfen. In einer alternativen Ausführungsform können Teile der elektronischen Kommutatoranordnung, z. B. der Steuerelektronik-Unteranordnung, der Leistungselektronik-Unteranordnung und/oder der Kühlkörper an einer Stelle angeordnet sein, die von dem dreiphasigen bürstenlosen Elektromotor entfernt ist, wie beispielsweise in der Steuerung 36.
5 stellt schematisch eine Steuerschaltung dar, die einer mit Bezug auf 2, 3 und 4 beschriebenen Ausführungsform des Anlassers 40 zugeordnet ist. Der Anlasser 40 beinhaltet den bürstenlosen Elektromotor 54 einschließlich des Rotors 58 und der Rotorwelle 58B, die über den Planetenradsatz 42 mit der Ritzelwelle 48 gekoppelt sind. Das Ritzel 44 ist verschiebbar auf der Ritzelwelle 48 angeordnet. Der Triebstockgetriebe-Schaltmagnet 82 ist steuerbar, um den Hebelarm 85 zu betätigen, um das Ritzel 44 in eine ausgefahrene Position zu drücken, um mit dem äußeren Zahnkranz 12A des Motorschwungrads als Reaktion auf ein Ritzelsteuersignal 101, das von der Steuerung 36 als Teil eines Motorstartereignisses erzeugt werden kann, in Eingriff zu bringen. Die elektronische Kommutatoranordnung 74 umfasst die Rotorpositions-Erfassungsschaltung 88, die Steuerelektronik-Unteranordnung 76 und die Leistungselektronik-Unteranordnung 78. Die Steuerelektronik-Unteranordnung 76 umfasst eine DSP-Steuerung (DSP - Digital Signal Processing - Digitale Signalverarbeitung), die mit einer Vielzahl von Gate-Treibern und der Rotorpositions-Erfassungsschaltung 88 in Verbindung steht. Die Leistungselektronik-Unteranordnung 78 umfasst einen Anlasser-Wechselrichter 140 und andere Elemente. Als Reaktion auf ein Anlassermotorsteuersignal 103 steuert die DSP-Steuerung die Gate-Treiber zum Erzeugen von Steuersignalen, die an die Leistungsschalter 142 des Anlasserinverters 140 übermittelt werden, die Stromsignale erzeugen, die an die Statorwicklungen 56A des Stators 56 übertragen werden, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen, um den Rotor 58A zu drehen. Die Drehung des Rotors 58A und der Rotorwelle 58B wird durch die Rotorpositions-Erfassungsschaltung 88 überwacht. Die Steuerung 36 erzeugt übereinstimmend das Anlassermotorsteuersignal 103 und das Ritzelsteuersignal 101, um ein Motoranlassereignis zu bewirken. Der Anlasser 40 beinhaltet einen extern zugänglichen Programmierkommunikationsanschluss, der zum Senden und Empfangen von Nachrichten 105 konfiguriert ist.
Wie hierin beschrieben, wird ein Beschleunigungsprofil verwendet, um den Motor-Autostartbetrieb eines bürstenlosen Anlassers zu steuern, einschließlich Profilieren des Motorbeschleunigens in Reaktion auf ein glattes Drehzahlprofil, um einen schnellen Motorstart zu ermöglichen, während die Wirkung der Motordrehzahlerhöhung minimiert wird. Dies beinhaltet das Reduzieren des Anlassermotordrehmoments oder auch das Anlegen eines negativen Anlassermotordrehmoments, nachdem der Motor 12 die Kurbelwellendrehzahl erreicht hat, bevor die gewünschte Leerlaufdrehzahl erreicht wird, um die Motordrehzahlerhöhung zu steuern. Dies beinhaltet den Betrieb des Anlassers 40 in einem drehmomentgesteuerten oder drehzahlgesteuerten Modus, sodass das Motorstart-Beschleunigungsprofil gesteuert werden kann, bis der Motor 12 eine gewünschte Leerlaufdrehzahl erreicht.
Als Reaktion auf einen Befehl zum Ausführen eines Motorstartereignisses wird ein gewünschtes Motordrehzahlprofil ausgewählt, und das Ritzelstellglied wird gesteuert, um das Ritzel mit dem Schwungrad des Motors in Eingriff zu bringen. Die Rotorpositions-Erfassungsschaltung überwacht die Drehzahl des Rotors des Elektromotors und der Inverter arbeitet in geschlossener Steuerung, um den Elektromotor zu steuern, um den Motor als Reaktion auf das gewünschte Motordrehzahlprofil basierend auf der überwachten Drehzahl des Rotors des Elektromotors zu drehen. Der Inverter wird gesteuert, um den Elektromotor zu steuern, einschließlich des Reduzierens des Anlasserdrehmoments oder des Induzierens eines negativen Anlasserdrehmoments, um die Motordrehzahlerhöhung im Zusammenhang mit der Motorzündung zu minimieren.

6-1 stellt schematisch eine Motorstart-Steuerroutine 600 zur Steuerung, über eine Steuerung 36, einer Ausführungsform des Anlassers 40 während eines Motorstartereignisses als Teil einer Anstrengung dar, das Starten einer Ausführungsform des Verbrennungsmotors 12 zu bewirken. Tabelle 1 wird bereitgestellt als eine Aufschlüsselung, wobei die numerisch gekennzeichneten Blöcke und die entsprechenden Funktionen wie folgt dargelegt und gemäß der Motorstart-Steuerroutine 600 aufgeführt sind. Die Lehren hierin in Bezug auf die funktionalen bzw. logischen Blockkomponenten bzw. verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus Hardware, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die konfiguriert wurden, um die spezifizierten Funktionen auszuführen und in der Steuerung 36 oder in einer anderen Steuerung ausgeführt werden können. Tabelle 1

BLOCK	BLOCKINHALTE
602	Motorstartbefehl empfangen
604	Auswählen des Schlüsselkurbelstarts oder Autostart
606	Schlüsselkurbel-Start Ritzelmagnet aktivieren
608	Laufzeitverzögerung ausführen
610	Steuern des Anlassers als Reaktion auf ein maximales Drehmomentprofil
612	Ist die Ziel-Leerlaufdrehzahl des Motors erreicht?
614	Beenden des Startereignisses
620	Autostart?
622	Ritzelmagnet aktivieren
624	Laufzeitverzögerung ausführen
626	Autostarttyp auswählen
628	Motorstartprofil auswählen

Die Ausführung der Motorstart-Steuerroutine 600 kann wie folgt fortschreiten. Die Schritte der Motorstart-Steuerroutine 600 können in einer geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden und sind nicht auf die Reihenfolge, die mit Bezug auf 6 beschrieben ist, beschränkt. Wie hierin angewendet, bezeichnet der Begriff „1“ eine positive Antwort oder „JA“, und der Begriff „0“ eine negative Antwort oder „NEIN“.
Ein Motorstartereignis beinhaltet das Eingreifen des Ritzelmagneten 82, um das Ritzelrad 44 auszufahren, um mit dem externen Zahnkranz 12A in Eingriff zu kommen, und dann das Anlassersystem 40 zu steuern, um den Motor 12 zu drehen, gefolgt von der Kraftstoffversorgung und Zündung des Motors 12, um eine Ziel-Leerlaufdrehzahl des Motors zu erreichen. Die Motorstart-Steuerroutine 600 führt das Motorstartereignis als Reaktion auf den Empfang eines Motorstartbefehls (602) aus, der anfänglich bestimmt, ob der Startbefehl ein vom Bediener eingeleitetes Motorstartereignis (Schlüsselkurbel) (604)(1) oder ein Autostart-Motorstartereignis (604)(0) beinhaltet. Wenn der Startbefehl ein vom Bediener eingeleitetes Motorstartereignis (Schlüsselkurbel) (604)(1) ist, dann greift die Routine zunächst in den Ritzelmagneten 82 ein, um das Ritzelrad 44 auszufahren, um den äußeren Zahnkranz 12A, der am Kurbellwellenschwungrad (606) befestigt ist, in Eingriff zu bringen, das das Ausführen einer vorbestimmten Zeitverzögerung (608) beinhaltet, um Verzögerungen zu ermöglichen, die mit elektromechanischen Aktionen des Aktivierens des Ritzelmagneten 82 verbunden sind, um das Ritzelrad 44 zu drängen und jeglichen Widerstand von der Feder 43 zu überwinden. Der Betrieb des Anlassersystems 40 wird gesteuert, um den Motor 12 in Reaktion auf ein maximales Drehmomentprofil (610) zu drehen, bis der Motor 12 mit Kraftstoff versorgt wird, gezündet wird und eine Ziel-Leerlaufdrehzahl des Motors (612) erreicht, wobei an diesem Punkt (612)(1) das Motorstartereignis endet (614). Das Steuern des Anlassersystems 40 als Reaktion auf das maximale Drehmomentprofil (610) beinhaltet das Steuern des Anlasserinverters 140, um die Übertragung von dreiphasiger elektrischer Energie zu dem mehrphasigen bürstenlosen Elektromotor 54 des Anlassers 40 zu maximieren, um das Ritzelrad 44 zu drehen, und somit den äußeren Zahnkranz 12A, der an dem Kurbelwellen-Schwungrad des Motors 12 befestigt ist, während des Motorstartereignisses zu drehen.
Wenn der Startbefehl ein Autostart-Motorstartereignis (604)(0) ist, bestätigt die Routine das Autostart-Motorstartereignis (620)(0) und (620)(1) und kommt dann mit dem Ritzelmagneten 82 in Eingriff, um das Ritzelrad 44 auszufahren, um in Eingriff mit dem äußeren Zahnkranz 12A, der an dem Kurbelwellen-Schwungrad (622) befestigt ist, in Eingriff zu treten, wobei es eine vorbestimmte Zeitverzögerung (624) ausführt, um Verzögerungen zuzulassen, die mit elektromechanischen Aktionen des Aktivierens des Ritzelmagneten 82 verbunden sind, um das Ritzelrad 44 anzutreiben und jeden Widerstand von der Feder 43 zu überwinden. Die Routine bestimmt die Art des Autostart-Motorstartereignisses, z. B. ein normales Autostartereignis, ein aggressives Autostartereignis oder ein erweitertes Autostartereignis, dessen Parameter jeweils basierend auf der Motorbeschleunigung (626) definiert sind. Nicht einschränkende Beispiele von Motorstartprofilen in Form von Beschleunigungsprofilen und Drehzahlprofilen, die verschiedenen Arten von Autostartereignissen zugeordnet sind, werden mit Bezug auf 7 dargestellt und beschrieben. Ein gewünschtes Eingangsbeschleunigungsprofil, das dem ausgewählten Autostart-Motorstartereignis zugeordnet ist, wird bestimmt (628) und beinhaltet eine von einer drehzahlsteuerbasierten Autostartroutine (640) und einer drehmomentsteuerbasierten Autostartroutine (630).

6-2 zeigt schematisch eine Ausführungsform der auf Drehmomentsteuerung basierenden Autostart-Routine (630) zum Steuern einer Ausführungsform des Anlassers 40 als Teil einer Anstrengung, um das Starten einer Ausführungsform des Verbrennungsmotors 12 zu bewirken. Tabelle 2 wird als Schlüssel bereitgestellt, in der nummerisch beschriftete Blöcke und entsprechende Funktionen wie folgt dargelegt sind. Die Lehren hierin in Bezug auf die funktionalen bzw. logischen Blockkomponenten bzw. verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus Hardware, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die konfiguriert wurden, um die spezifizierten Funktionen auszuführen und in der Steuerung 36 oder in einer anderen Steuerung ausgeführt werden können. Tabelle 2

BLOCK	BLOCKINHALTE
630	Drehmomentsteuerbasierte Autostartroutine
632	Beschleunigungsfehler ermitteln Accel_err = Accel_cmd - Accel_actual
634	Drehmomentbefehl bestimmen Tcmd = Kp*Accel_err+ki ∫ Accel_err dt
636	Ist die Ziel-Leerlaufdrehzahl erreicht?
638	Enddrehmomentsteuerungsbasierte Autostartroutine

Die drehmomentsteuerbasierte Autostartroutine (630) ist eine geschlossenen Steuerroutine, die ein ausgewähltes der Beschleunigungsprofile und Drehzahlprofile enthält, die verschiedenen Arten von Autostartereignissen zugeordnet sind, die mit Bezug auf 7 beschrieben sind. In einer Ausführungsform und wie hierin beschrieben, ist die geschlossene Steuerroutine eine proportional-integrale Steuerroutine, die eine Steuerung basierend auf einem Beschleunigungsfehler ausführt. Die Ausführung beinhaltet das Ermitteln eines Beschleunigungsfehlers (632) wie folgt: ${Accel}_{err} = {Accel}_{cmd} - {Accel}_{actual}$
wobei:

Accel_Err den Beschleunigungsfehler darstellt,
Accel_cmd stellt die befohlene Beschleunigung dar, die aus dem Beschleunigungsprofil bestimmt wird, und
Accel_actual stellt die tatsächliche Beschleunigung dar, wie sie über die Rotorpositions-Erfassungsschaltung 88 gemessen wird.

Ein Drehmomentbefehl zum Steuern des Anlasserinverters 140 kann basierend auf dem Beschleunigungsfehler wie folgt bestimmt werden: $Tcmd = Kp * {Accel}_{err} + ki \int {Accel}_{err} dt$
wobei:

Tcmd der Drehmomentbefehl ist, und
Kp und ki anwendungsspezifische skalare Begriffe sind.

Der Drehmomentbefehl wird an die Anlassersteuerung 36 übermittelt, um den Betrieb des Anlasserinverters 140 zu steuern, um die dreiphasige elektrische Energie zu dem mehrphasigen bürstenlosen Elektromotor 54 des Anlassers 40 zu steuern, um das Ritzelrad 44 zu drehen, und somit den externen Zahnkranz 12A, der an dem Kurbelwellen-Schwungrad des Motors 12 befestigt ist, während des Motorstartereignisses zu drehen.
Die Drehzahl des Anlassers 40 und damit des Motors 12 wird überwacht, um zu bestimmen, ob eine Ziel-Leerlaufdrehzahl erreicht wurde (636). Wenn die Ziel-Leerlaufdrehzahl nicht erreicht wurde (636)(0), wird der Betrieb mit geschlossenem Steuerkreis fortgesetzt, wobei die Schritte 632, 634 und 636 wiederholt werden. Wenn die Ziel-Leerlaufdrehzahl erreicht ist (636)(1), endet das Autostartereignis mit dem Betrieb des Motors 12 (638), und der Anlasser 40 wird deaktiviert, was zu einem Zurückziehen des Ritzelrades 44 und anderer Aktionen führt.
Eine Subtilität der auf Drehmomentsteuerung basierenden Autostartroutine (630) besteht darin, dass der Beschleunigungsfehler Accel_err ist und somit kann der Drehmomentbefehl Tcmd positiv sein, d. h. ein Befehl für ein erhöhtes oder zusätzliches Drehmoment oder negativ, d. h. ein Befehl für ein verringertes Drehmoment. Der positive Drehmomentbefehl beinhaltet das Übertragen eines positiven Drehmoments vom Anlasser 40 zum Verbrennungsmotor 12, um die Drehzahl davon zu erhöhen. Der negative Drehmomentbefehl beinhaltet das Übertragen von negativem Drehmoment vom Anlasser 40 zum Verbrennungsmotor 12, um die Drehzahl desselben zu verringern, beispielsweise in Reaktion auf ein Motordrehzahlerhöhungsereignis, das auftreten kann, wenn der Motor 12 mit Kraftstoff versorgt und gezündet wird. Diese Maßnahme wird durch die direkte mechanische Verbindung des Ritzelrades 44 mit der Rotorwelle 58B des Elektromotors 54 über den Planetenradsatz 42 ohne eine dazwischenliegende Freilaufkupplung oder eine andere Form der dazwischen angeordneten Freilaufkupplung erleichtert. Die Steuerung des Anlassers 40 als Reaktion auf den negativen Drehmomentbefehl, wie beispielsweise in Reaktion auf das Auftreten einer Motordrehzahlerhöhung, führt zu einem reibungsloseren Drehzahlprofil und einer damit verbundenen Verbesserung der vom Bediener wahrgenommenen Qualität des Autostartereignisses.

6-3 zeigt schematisch einen Abschnitt der Motorstart-Steuerroutine 600, der das Ausführen der auf drehzahlsteuerbasierten Autostartroutine (640) beinhaltet, um eine Ausführungsform des Anlassers 40 als Teil einer Anstrengung zu steuern, um das Starten einer Ausführungsform des Verbrennungsmotors 12 zu bewirken. Tabelle 3 dient zur Aufschlüsselung, in der die numerisch beschrifteten Blöcke und entsprechenden Funktionen wie folgt dargelegt sind. Die Lehren hierin in Bezug auf die funktionalen bzw. logischen Blockkomponenten bzw. verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus Hardware, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die konfiguriert wurden, um die spezifizierten Funktionen auszuführen und in der Steuerung 36 oder in einer anderen Steuerung ausgeführt werden können. Tabelle 3

BLOCK	BLOCKINHALTE
640	Drehzahlsteuerbasierte Autostartroutine
642	Ermitteln des Motordrehzahlbefehls basierend auf dem Beschleunigungsprofil
644	Drehzahlfehler ermitteln ω_err = ω_cmd - ω_actual
646	Drehmomentbefehl bestimmen Tcmd = Kp* ω_err +ki ∫ ω_err dt
648	Ist die Ziel-Leerlaufdrehzahl erreicht?
650	Enddrehzahlsteuerungsbasierte Autostartroutine

Die drehzahlsteuerungsbasierte Autostartroutine (640) ist eine geschlossene Steuerroutine, die ein ausgewähltes der Beschleunigungsprofile und Drehzahlprofile enthält, die verschiedenen Arten von Autostartereignissen zugeordnet sind, die mit Bezug auf 7 beschrieben sind. In einer Ausführungsform und wie hierin beschrieben, ist die geschlossene Steuerroutine eine proportional-integrale Steuerroutine, die eine Steuerung basierend auf einem Drehzahlfehler ausführt. Die Ausführung beinhaltet das dynamische Bestimmen eines Motordrehzahlbefehls aus dem Drehzahlprofil (642) und das anschließende Ermitteln eines Drehzahlfehlers (644) wie folgt: $ω_{err} = ω_{cmd} - ω_{actual}$
wobei:

ω_err den Drehzahlfehler darstellt,
ω_cmd stellt die befohlene Drehzahl dar, die aus dem Drehzahlprofil bestimmt wird, und
ω_actual stellt die tatsächliche Drehzahl dar, wie sie über die Rotorpositions-Erfassungsschaltung 88 gemessen wird.

Ein Drehmomentbefehl zum Steuern des Anlasserinverters 140 kann basierend auf dem Drehzahlfehler wie folgt bestimmt werden: $Tcmd = Kp * ω_{err} + ki \int ω_{err} dt$
wobei:

Der Drehmomentbefehl wird an die Anlassersteuerung 36 übermittelt, um den Betrieb des Anlasserinverters 140 zu steuern, um die dreiphasige elektrische Energie zu dem mehrphasigen bürstenlosen Elektromotor 54 des Anlassers 40 zu steuern, um das Ritzelrad 44 zu drehen, und somit den externen Zahnkranz 12A, der an dem Schwungrad befestigt ist, um den Motor 12, während des Motorstartereignisses zu drehen.
Die Drehzahl des Anlassers 40 und damit des Motors 12 wird überwacht, um zu bestimmen, ob eine Ziel-Leerlaufdrehzahl erreicht wurde (636). Wenn die Ziel-Leerlaufdrehzahl nicht erreicht wurde (648)(0), wird der Betrieb mit geschlossenem Steuerkreis fortgesetzt, wobei die Schritte 642, 644, 646 und 648 wiederholt werden. Wenn die Ziel-Leerlaufdrehzahl erreicht ist (648)(1), endet das Autostartereignis mit dem Betrieb des Motors 12 (650), und der Anlasser 40 wird deaktiviert, was zu einem Zurückziehen des Ritzelrades 44 und anderer Aktionen führt.
Eine Subtilität der drehzahlsteuerbasierten Autostartroutine (640) besteht darin, dass der Drehzahlfehler ω_err ist und somit kann der Drehzahlbefehl Tcmd positiv sein, d. h. ein Befehl für eine erhöhte Drehzahl oder negativ, d. h. ein Befehl für eine verringerte Drehzahl. Der positive Drehzahlbefehl beinhaltet das Übertragen einer positiven Drehzahl des Anlassers 40, um die Drehzahl des Verbrennungsmotors 12 zu erhöhen. Der negative Drehzahlbefehl beinhaltet das Verringern der Drehzahl des Anlassers 40, beispielsweise als Reaktion auf ein Motordrehzahlerhöhungsereignis, das auftreten kann, wenn der Motor 12 mit Kraftstoff versorgt und gezündet wird. Diese Maßnahme wird durch die direkte mechanische Verbindung des Ritzelrades 44 mit der Rotorwelle 58B des Elektromotors 54 über den Planetenradsatz 42 ohne eine dazwischenliegende Freilaufkupplung oder eine andere Form der dazwischen angeordneten Freilaufkupplung erleichtert. Die Steuerung des Anlassers 40 als Reaktion auf den negativen Drehzahlbefehl, wie beispielsweise in Reaktion auf das Auftreten einer Motordrehzahlerhöhung, führt zu einem reibungsloseren Drehzahlprofil und einer damit verbundenen Verbesserung der vom Bediener wahrgenommenen Qualität des Autostartereignisses.
7 zeigt grafisch Beispiele von Motorstartprofilen, einschließlich zwei gewünschten Motordrehzahlprofilen und zwei gewünschten Motorbeschleunigungsprofilen, die verschiedenen Arten von Autostartereignissen zugeordnet sind, wobei Drehzahl und Beschleunigung auf der vertikalen Achse 702 in Bezug auf die Zeit während eines Motorstartereignisses gezeigt sind, das auf der horizontalen Achse 704 dargestellt ist. Aufgezeichnete Ergebnisse beinhalten ein erstes Drehzahlprofil 711 und ein zugehöriges erstes Beschleunigungsprofil 712 und ein zweites Drehzahlprofil 713 und zugehöriges zweites Beschleunigungsprofil 714. Das erste Drehzahlprofil 711 und das erste Beschleunigungsprofil 712 sind einem nominalen Start zugeordnet, beispielsweise in Reaktion auf eine niedrige Bedienereingabe an das/die Fahrereingabepedal(e) 38. Das zweite Drehzahlprofil 713 und das zugehörige zweite Beschleunigungsprofil 714 sind einem aggressiven Start zugeordnet, beispielsweise in Reaktion auf eine hohe Bedienereingabe an das/die Fahrereingabepedal(e) 38.
Die zwei gewünschten Motordrehzahlprofile und zwei gewünschten Motorbeschleunigungsprofile werden durch eine erste Periode 721, eine zweite Periode 723 und eine dritte Periode 725 angezeigt, die endet, wenn die Motordrehzahl eine gewünschte Leerlaufdrehzahl des Motors erreicht. Die erste Periode 721 ist mit dem Drehen des Motors 12 vor der Versorgung mit Kraftstoff und der Zündung des Motors 12 verbunden. Wie zu erkennen ist, nimmt das erste Beschleunigungsprofil 712 mit einer niedrigeren Rate zu als das zweite Beschleunigungsprofil 714, was zu einer niedrigeren Motordrehzahl zu dem Zeitpunkt führt, zu dem die Kraftstoffversorgung und die Zündung eingeleitet werden. Zum Zeitpunkt 722 leitet die Motorsteuerung die Kraftstoffversorgung und Zündung des Motors ein, wodurch die zweite Periode 723 eingeleitet wird. Bei Zeitpunkt 724 erfasst die Motorsteuerung die Motorzündung und beginnt die Kraftstoffzufuhr und den Zündzeitpunkt zu steuern, um eine Leerlaufdrehzahl des Motors zu erreichen, die zum Zeitpunkt 726 für den aggressiven Start angezeigt wird, der mit dem zweiten Drehzahlprofil 713 und dem zugehörigen zweiten Beschleunigungsprofil 714 verbunden ist,und wird ebenfalls zum Zeitpunkt 728 für den normalen Start angezeigt, der mit dem ersten Drehzahlprofil 711 und dem zugehörigen ersten Beschleunigungsprofil 712 verbunden ist.
Es versteht sich, dass die gewünschte Motordrehzahl zum Starten des Motors 12 mit den sich ändernden Bedingungen, wie beispielsweise einer Temperatur verschiedener Fahrzeugsysteme, variiert. Dementsprechend kann das Motordrehzahlprofil basierend auf den aktuellen Betriebsbedingungen des Motors 12 und des Fahrzeugs bestimmt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, eine Umgebungstemperatur oder eine Kupplungsdrehmomentbegrenzung. Dementsprechend stellt das Motordrehzahlprofil den gewünschten Weg oder die Erhöhung der Drehzahl des Anlassers 40 dar, um die Drehzahl des Motors 12 auf die gewünschte Motordrehzahl zum Starten des Motors 12 als Reaktion auf die Betriebsbedingungen zu erhöhen. Das Motordrehzahlprofil variiert die Drehzahl des Motors 12 während des Motorstartereignisses, um die gewünschte Motordrehzahl zu erreichen. Dementsprechend sollte klar sein, dass die gewünschte Motordrehzahl keine konstante Drehzahl bei jedem Motorstartereignis ist, sondern dass sie bei jedem Motorstartereignis variiert oder sich ändert, und dass sie das Endergebnis des Motordrehzahlprofils ist. Weiterhin sollte klar sein, dass das Motordrehzahlprofil nicht konstant zwischen unterschiedlichen Startvorgängen ist, sondern für jedes Motorstartereignis auf der Grundlage der spezifischen Betriebsbedingungen des Motors und des Fahrzeugs zu dieser Zeit definiert wird.
8 zeigt grafisch Daten 800, die der Motor-Autostartsteuerung und den Betriebsparametern in Bezug auf die Zeit während eines Motorstartereignisses für eine Ausführungsform des Motors 12 und Anlasser 40 zugeordnet sind, die hierin beschrieben sind, unter Verwendung der Motorstart-Steuerroutine 600, die den 6-1, 6-2 und 6-3 zugeordnet ist. Die Parametergrößen werden mit Bezug auf die vertikale Achse 810 angegeben, und die Zeit wird auf der horizontalen Achse 820 angegeben. Überwachte Parameter beinhalten einen Autostartbefehl 811, Anlasserdrehmoment 812, Motordrehmoment 813 und Motordrehzahl 814. Die Motordrehzahl beinhaltet einen ungesteuerten Motordrehzahlabschnitt 815 während eines Motordrehzahlerhöhungsereignisses und einen gesteuerten Motordrehzahlabschnitt 816 während des Motordrehzahlerhöhungsereignisses, wobei der gesteuerte Motordrehzahlabschnitt 816 diesen Abschnitt des Autostart-Startbetriebs beinhaltet, der diesem Abschnitt der Motorstart-Steuerroutine 600 unterworfen wird, der das Ausführen der drehzahlsteuerbasierten Autostartroutine (640) beinhaltet.
Das Motor-Autostartereignis wird zum Zeitpunkt 822 eingeleitet, wie durch die Schrittänderung im Autostartbefehl 811 angezeigt. Das Anlasserdrehmoment 812 steigt kurz danach mit einer entsprechenden Erhöhung der Motordrehzahl 814 an. Das Motordrehmoment bleibt bei null. Zum Zeitpunkt 824 erreicht die Motordrehzahl 814 eine Kurbelwellendrehzahl 817, die mit der Fähigkeit des Anlassers 40 verbunden ist, und die Versorgung des Motors mit Kraftstoff wird eingeleitet, mit entsprechenden Erhöhungen des Motordrehmoments 813 und der Motordrehzahl 814 und dem Auftreten eines zugeordneten Motordrehzahlerhöhungsereignisses. Der ungesteuerte Motordrehzahlabschnitt 815 wird während des Motordrehzahlerhöhungsereignisses angezeigt und stellt die Motordrehzahl dar, die ohne Verwendung der Motorstart-Steuerroutine 600 auftreten kann.
Mit dem Betrieb der Motorstart-Steuerroutine 600 während dieses Abschnitts des Motorstartereignisses empfängt der Anlasser 40 jedoch einen negativen Drehmomentbefehl, um negatives Drehmoment vom Anlasser 40 zum Verbrennungsmotor 12 zu übertragen, um dessen Drehzahl zu verringern. Während des gesteuerten Motordrehzahlabschnitts 816 während des Motordrehzahlerhöhungsereignisses kann die Motordrehzahl durch den Betrieb des Anlassers 40 gesteuert werden, um eine Erhöhung der Motordrehzahl zu vermeiden, die sonst auftreten würde. Bei Zeitpunkt 826 erreicht die Motordrehzahl einen Ziel-Leerlaufdrehzahl des Motors 818, und der Anlasser 40 wird so gesteuert, dass kein Drehmoment mehr vom Anlasser 40 zum Verbrennungsmotor 12 übertragen wird, und das Ritzelrad 44 ausgerückt werden kann.
Der Begriff „Steuerung“ und verwandte Begriffe wie Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe beziehen sich auf eine oder verschiedene Kombinationen von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), elektronische Schaltung(en), Zentralrechnereinheit(en), z. B. Mikroprozessor(en) und zugehörige nichttransitorische Speicherkomponente(n) in Form von Speicher und Speichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriff, Festplatte usw.). Die nichttransitorische Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Befehle in der Form einer oder mehrerer Software- oder Firmware-Programme oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltung(en), Eingabe-/Ausgabeschaltung(en) und -vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und Vorrichtungen beinhalten Analog-/Digitalwandler und verwandte Geräte, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder in Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen.
Software, Firmware, Programme, Befehle, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf von einer Steuereinheit ausführbare Befehlssätze, wie z. B. Kalibrierungen und Wertetabellen. Jede Steuerung führt eine oder mehrere Steuerroutinen aus, um gewünschte Funktionen bereitzustellen. Die Routinen können in regelmäßigen Intervallen, wie z. B. während des laufenden Betriebs alle 100 Mikrosekunden, ausgeführt werden. Alternativ dazu können Routinen in Reaktion auf ein Auslöseereignis ausgeführt werden. Die Kommunikation zwischen den Steuerungen und die Kommunikation zwischen Steuerungen und Stellgliedern und/oder Sensoren können über eine direkte Drahtverbindung, einen vernetzten Kommunikationsbus, eine drahtlose Verbindung oder eine andere geeignete Kommunikationsverbindung erfolgen. Die Kommunikation beinhaltet den Austausch von Datensignalen auf eine geeignete Art, darunter auch z. B. elektrische Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetische Signale durch die Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können diskrete, analoge oder digitalisierte analoge Signale beinhalten, die Eingaben von Sensoren und Stellgliedbefehle sowie Kommunikationssignale zwischen Steuereinheiten darstellen. Der Begriff „Signal“ bezieht sich auf eine physisch wahrnehmbare Anzeige, die Informationen übermittelt, und kann eine geeignete Wellenform (z. B. elektrische, optische, magnetische, mechanische oder elektromagnetische) umfassen, wie beispielsweise DC, AC, Sinuswelle, Dreieckswelle, Rechteckwelle, Vibration und dergleichen, die durch ein Medium laufen können.
Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sind unterstützend und beschreiben die vorliegenden Lehren, aber der Umfang der vorliegenden Lehren wird ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Ausführungsformen und anderen Arten zur Ausführung der vorliegenden Lehren ausführlich beschrieben wurden, sind verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Lehren, die in den hinzugefügten Ansprüchen definiert sind, möglich.

Claims

Anlassersystem für einen Verbrennungsmotor (12), umfassend: einen Anlasser (40) mit einem mehrphasigen bürstenlosen Elektromotor (54) und einer elektronischen Kommutatoranordnung (74), die mit dem Elektromotor (54) verbunden ist, wobei die elektronische Kommutatoranordnung (74) eine Rotorpositions-Erfassungsschaltung (88) und einen Anlasserinverter (140) beinhaltet, und wobei der Anlasser (40) zum Eingreifen in ein drehbares Element des Verbrennungsmotors (12) steuerbar ist; und eine Steuerung (36), die operativ mit dem Anlasserinverter (140) verbunden ist und in Verbindung mit der Rotorpositions-Erfassungsschaltung (88) steht, wobei die Steuerung (36) einen Befehlssatz beinhaltet, der als Reaktion auf einen Befehl zum Ausführen eines Motorstartereignisses ausführbar ist, wobei der Befehlssatz ausführbar ist zum: Bestimmen eines gewünschten Startprofils für den Verbrennungsmotor (12), Steuern des Anlassers (40), um das drehbare Element des Verbrennungsmotors (12) in Eingriff zu bringen, Überwachen der Drehzahl des Elektromotors (54) über die Rotorpositions-Erfassungsschaltung (88), und dynamischen Steuern des Anlasserinverters (140), um den Elektromotor (54) zu steuern, um das drehbare Element des Verbrennungsmotors (12) als Reaktion auf das gewünschte Startprofil zu drehen; wobei der Anlasserinverter (140) dynamisch gesteuert ist, um den Elektromotor (54) zu steuern, um die Drehung des drehbaren Elements des Verbrennungsmotors (12) als Reaktion auf das gewünschte Startprofil zu steuern, um ein Auftreten des Motordrehzahlerhöhungsereignisses während des Motorstartereignisses zu verhindern.
Anlassersystem nach Anspruch 1, wobei der Befehlssatz eine geschlossene Steuerroutine beinhaltet, die ausführbar ist, um den Anlasserinverter (140) dynamisch zu steuern, um den Elektromotor (54) zu steuern, um das drehbare Element des Verbrennungsmotors (12) als Reaktion auf das gewünschte Startprofil basierend auf der Drehzahl des Elektromotors (54) zu drehen.
Anlassersystem nach Anspruch 2, wobei das gewünschte Startprofil für den Verbrennungsmotor (12) ein gewünschtes Drehzahlprofil umfasst.
Anlassersystem nach Anspruch 1, wobei der Anlasser (40) ein einziehbares Ritzelrad (44) beinhaltet, das selektiv ausfahrbar ist, um mit dem drehbaren Element des Verbrennungsmotors (12) in Eingriff zu treten.
Anlassersystem nach Anspruch 4, wobei das Ritzelrad (44) mechanisch mit einer Rotorwelle (58B) des Elektromotors (54) verbunden ist, ohne dass eine Freilaufkupplung dazwischen angeordnet ist.
Anlassersystem nach Anspruch 1, wobei das drehbare Element des Verbrennungsmotors (12) ein Schwungrad umfasst, das mit einer Kurbelwelle gekoppelt ist.
Anlassersystem nach Anspruch 1, wobei der Anlasserinverter (140) dynamisch gesteuert wird, um den Elektromotor (54) zu steuern, um die Drehung des drehbaren Elements des Verbrennungsmotors (12) als Reaktion auf das gewünschte Startprofil zu steuern, um ein Auftreten des Motordrehzahlerhöhungsereignisses zu verhindern, wobei das Motordrehzahlerhöhungsereignis ungesteuerte Motordrehzahl beinhaltet, die während des Motorstartereignisses mit der Motorzündung verbunden ist.
Anlassersystem nach Anspruch 1, umfassend den Anlasserinverter (140), der dynamisch gesteuert wird, um den Elektromotor (54) zu steuern, um ein negatives Drehmoment zu induzieren, um die Drehung des drehbaren Elements des Verbrennungsmotors (12) zu steuern, um ein Auftreten des Motordrehzahlerhöhungsereignisses während des Motorstartereignisses zu verhindern.
Verfahren zum Betreiben eines Anlassers (40) für einen Verbrennungsmotor (12), wobei der Anlasser einen mehrphasigen bürstenlosen Elektromotor (54) und eine elektronische Kommutatoranordnung (74), die mit dem Elektromotor (54) verbunden ist, eine Rotorpositions-Erfassungsschaltung (88) und einen Anlasserinverter (140) beinhaltet, das Verfahren umfassend: das Ermitteln eines Befehls zum Ausführen eines Motorstartereignisses; das Bestimmen eines gewünschten Startprofils für den Verbrennungsmotor (12), das Steuern des Anlassers (40), um ein drehbares Element des Verbrennungsmotors (12) in Eingriff zu bringen, das Überwachen der Drehzahl des Elektromotors (54) über die Rotorpositions-Erfassungsschaltung (88), dynamisches Steuern des Anlasserinverters (140) zum Steuern des Elektromotors (54), um das drehbare Element des Verbrennungsmotors (12) als Reaktion auf das gewünschte Startprofil zu drehen; und das Steuern der Drehung des drehbaren Elements des Verbrennungsmotors (12) als Reaktion auf das gewünschte Startprofil, um das Auftreten eines Motordrehzahlerhöhungsereignisses während des Motorstartereignisses zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das dynamische Steuern des Anlasserinverters (140) das Ausführen einer geschlossenen Steuerroutine umfasst, um den Elektromotor (54) so zu steuern, dass er das drehbare Element des Verbrennungsmotors (12) als Reaktion auf das gewünschte Startprofil dreht, einschließlich einer geschlossenen Regelungsroutine, die ausführbar ist, um den Anlasserinverter (140) dynamisch zu steuern, um den Elektromotor (54) so zu steuern, dass er das drehbare Element des Verbrennungsmotors (12) als Reaktion auf das gewünschte Startprofil basierend auf der überwachten Drehzahl des Rotors des Elektromotors (54) dreht.