DE102019110757B4

DE102019110757B4 - Elektrisches anlassersystem zur verwendung mit einem verbrennungsmotor mit einer motordrehzahl und einem schwungrad

Info

Publication number: DE102019110757B4
Application number: DE102019110757.1A
Authority: DE
Inventors: Chandra S. Namuduri; Lei Hao; Suresh Gopalakrishnan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-05-01
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2039-04-26
Also published as: DE102019110757A1; US10408184B1; CN110422160B; CN110422160A

Abstract

Elektrisches Anlassersystem (12) zur Verwendung mit einem Verbrennungsmotor (20) mit einer Motordrehzahl und einem Schwungrad (32), wobei das elektrische Anlassersystem (12) das Folgende umfasst:ein Ritzelgetriebe (33);eine mit dem Ritzelgetriebe (33) gekoppelte Elektromagnetvorrichtung (21);einen bürstenlosen Anlasser (18) mit einer tatsächlichen Maschinendrehzahl, der selektiv über das Ritzelgetriebe (33) des Motors (20) während eines Change-of-Mind-Ereignisses, bei dem eine angewiesene Auto-Stopp-Sequenz des Motors (20) durch eine angeforderte Beschleunigung des Motors (20) unterbrochen wird, mit dem Schwungrad (32) des Motors (20) verbindbar ist; undeine Steuerung (50), die mit der Elektromagnetvorrichtung (21) und dem Anlasser (18) in Verbindung steht, und als Reaktion auf das Change-of-Mind-Motorereignis ausgestaltet ist, um:die Motordrehzahl mit einer Schwellendrehzahl, die kleiner als eine kalibrierte Startdrehzahl des Motors (20) ist, zu vergleichen; undals Reaktion darauf, dass die Motordrehzahl die Schwellendrehzahl überschreitet und kleiner als die kalibrierte Startdrehzahl ist:Ermöglichen der Drehzahlsteuerung des Anlassers (18) mit geschlossenem Regelkreis unter Verwendung der Motordrehzahl als Referenzwert bis eine effektive Maschinendrehzahl des Anlassers (18) innerhalb eines zulässigen Bereichs oder Drehzahldeltas der Motordrehzahl liegt, wobei die effektive Maschinendrehzahl die einem Gesamtübersetzungsverhältnis des elektrischen Anlassersystems (12) multiplizierte tatsächliche Maschinendrehzahl ist;Übertragen eines Steuersignals, um die Elektromagnetvorrichtung (21) zu aktivieren und dadurch zu bewirken, dass die Elektromagnetvorrichtung (21) das Ritzelgetriebe (33) mit dem Schwungrad (32) und dem Anlasser (18) in Eingriff bringt;Deaktivieren der Drehzahlsteuerung mit geschlossenem Regelkreis beim Eingriff mit dem Schwungrad (32) und dem Anlasser (18); undAnweisen des bürstenlosen Anlassers (18), das Motordrehmoment über das Ritzelgetriebe (33) an das Schwungrad (32) zu übertragen, bis der Motor (20) startet.

Description

EINLEITUNG
Ein Verbrennungsmotor erzeugt ein Motordrehmoment als Reaktion auf eine Beschleunigungsanforderung. Wenn der Motor als Teil eines Antriebsstrangs verwendet wird, wird das erzeugte Motordrehmoment über eine Kraftübertragungsanordnung, wie beispielsweise eine Planetengetriebeanordnung oder ein Getriebe, auf eine gekoppelte Last übertragen. In einigen Antriebsstrangkonfigurationen ist ein Rotor einer elektrischen Maschine selektiv mit einem Schwungrad des Motors gekoppelt, typischerweise mit einem am Schwungrad montierten Getriebeelement. Das Motordrehmoment von der elektrischen Maschine wird zum Beschleunigen des Motors verwendet. Das Drehmoment von der elektrischen Maschine kann verwendet werden, um die Kurbel- und Startfunktion des Motors während eines Motorautostarts zu unterstützen, wobei die elektrische Maschine in einer solchen Anwendung typischerweise als Anlasser bezeichnet wird.
DE 10 2016 105 042 A1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst, dass eine erste Schaltvorrichtung und/oder eine zweite Schaltvorrichtung und/oder eine dritte Schaltvorrichtung geöffnet und/oder geschlossen werden und dass mindestens einer von einem Paar von Aktoren für einen Startermechanismus oder für eine Kupplung eines Motors/Generators eingerückt und/oder ausgerückt werden. Es werden viele verschiedene Steuerungsmodi für den Antriebsstrang bereitgestellt, indem der Betrieb eines Motors/Generators zwischen einem Motorbetrieb und einem Generatorbetrieb verändert wird und indem die elektrischen Verbindungen zwischen einer ersten Energiespeichervorrichtung, einer zweiten Energiespeichervorrichtung, einem elektrischen Zubehörsystem, dem Startermechanismus und dem Motor/Generator verändert werden.
DE 10 2015 122 694 A1 beschreibt einen Antriebsstrang, der eine erste Schaltvorrichtung umfasst, die zwischen einem offenen Zustand, der eine erste Energiespeichervorrichtung entweder von einem Motor/Generator oder von einem elektrischen Zubehörsystem trennt, und einem geschlossenen Zustand, der die erste Energiespeichervorrichtung entweder mit dem Motor/Generator oder mit dem elektrischen Zubehörsystem verbindet, umschaltbar ist. Eine zweite Schaltvorrichtung ist zwischen einem offenen Zustand, der eine zweite Energiespeichervorrichtung entweder von dem Motor/Generator oder von dem elektrischen Zubehörsystem trennt, und einem geschlossenen Zustand, der die zweite Energiespeichervorrichtung entweder mit dem Motor/Generator oder mit dem elektrischen Zubehörsystem verbindet, umschaltbar. Eine dritte Schaltvorrichtung ist zwischen einem offenen Zustand, der das elektrische Zubehörsystem entweder von dem Motor/Generator oder von der ersten und zweiten Energiespeichervorrichtung trennt, und einem geschlossenen Zustand, der das elektrische Zubehörsystem entweder mit dem Motor/Generator oder mit der ersten und zweiten Energiespeichervorrichtung verbindet, umschaltbar.
KURZDARSTELLUNG
Ein elektrisches Anlassersystem ist hierin zur Verwendung mit einem Verbrennungsmotor offenbart. Das elektrische Anlassersystem beinhaltet ein Ritzelgetriebe, eine Elektromagnetvorrichtung und einen bürstenlosen Anlasser, d. h. eine elektrische Maschine, die anstelle von physikalisch leitfähigen Bürsten einen elektronischen Kommutator verwendet. Der Anlasser ist selektiv über das Ritzelgetriebe mit einem Schwungrad des Motors als Reaktion auf ein gewünschtes Motorstartereignis verbindbar, wobei das Ritzelgetriebe ausgestaltet ist, um durch Betätigen der Elektromagnetvorrichtung in kämmendem Eingriff mit dem Schwungrad und dem Anlasser, z. B. über eine gezackte oder verzahnte Planetengetriebeschnittstelle, zu übergehen.
Eine Steuerung wird als Teil des vorstehend genannten elektrischen Anlassersystems verwendet. Die Steuerung, z. B. eine Motorsteuereinheit, ist ausgestaltet, um eine schnelle Tip-In-Reaktion zu erreichen, insbesondere während eines Change-of-Mind-Ereignisses während eines angewiesenen Motor-Auto-Stopp-Manövers. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Change-of-Mind-Ereignis“ auf einen menschlichen oder elektronischen Bediener eines Antriebsstrangs oder eines anderen den Motor aufweisenden Systems, der ein Gaspedal betätigt oder anderweitig eine Beschleunigungsanforderung an den Motor stellt, die eine sofortige Leistungsabgabe vom Motor erfordert, bevor der Motor die Möglichkeit hat, vollständig anzuhalten, d. h. eine angewiesene Auto-Stopp-Sequenz des Motors wird vor ihrer Fertigstellung unterbrochen.
Um die gewünschten Ziele zu erreichen, verwendet die Steuerung für die Drehzahlsteuerung des Anlassers selektiv eine Steuerlogik mit geschlossenem Regelkreis, wobei sie die Motordrehzahl als Stellgröße verwendet. Drehzahlsteuerung mit geschlossenem Regelkreis erfolgt vor einem angewiesenen Eingriff des Ritzelgetriebes mit dem Schwungrad Dabei stellt die Steuerung sicher, dass ein zulässiges „Drehzahldelta“, d. h. eine Drehzahldifferenz zwischen der auf die Kurbelwelle bezogenen Drehzahl des Anlassers, d. h. der „effektiven Maschinendrehzahl“, und der Motordrehzahl, innerhalb eines vorgegebenen Bereichs verbleibt, der ausreicht, um Geräusch-, Vibrations- und Rauheitseffekte (NVH) während des nachfolgenden Ritzelgetriebe-Schwungrad-Eingriffs zu reduzieren.
In einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet das elektrische Anlassersystem eine mit einem Ritzelgetriebe gekoppelte Elektromagnetvorrichtung, einen bürstenlosen Anlasser und eine Steuerung. Der Anlasser, oder genauer gesagt ein Rotor davon, dreht sich mit einer tatsächlichen Maschinendrehzahl und ist während eines Change-of-Mind-Ereignisses, bei dem eine angewiesene Auto-Stopp-Sequenz des Motors durch eine angeforderte Beschleunigung des Motors unterbrochen wird, selektiv über das Ritzelgetriebe mit dem Schwungrad des Motors verbindbar. Die Steuerung steht mit der Elektromagnetvorrichtung und dem Anlasser, entweder direkt oder über einen Motorsteuerungsprozessor in Verbindung, und ist ausgestaltet, um a die Motordrehzahl als Reaktion auf das Change-of-Mind-Motor-Ereignis mit einer ersten Schwellengeschwindigkeit zu vergleichen. Wenn die Motordrehzahl die erste Schwellendrehzahl überschreitet, aber kleiner als eine zweite höhere Schwellendrehzahl bleibt, ermöglicht die Steuerung die Drehzahlsteuerung des Anlassers mit geschlossenem Regelkreis unter Verwendung der Motordrehzahl als Rückführgröße, bis eine effektive Maschinendrehzahl des Anlassers innerhalb eines zulässigen Bereichs oder Deltas der Motordrehzahl liegt.
Die effektive Maschinendrehzahl ist die tatsächliche Maschinendrehzahl, die mit einem gesamten Getriebeübersetzungsverhältnis des elektrischen Anlassersystems multipliziert wird. Die Steuerung überträgt ein Steuersignal an die Elektromagnetvorrichtung, entweder direkt oder über eine dazwischenliegende Steuervorrichtung, wie beispielsweise einen Motorsteuerungsprozessor, um zu bewirken, dass die Elektromagnetvorrichtung das Ritzelgetriebe mit dem Schwungrad und dem Anlasser in Eingriff bringt. Danach deaktiviert die Steuerung die Drehzahlsteuerung mit geschlossenem Regelkreis. Der bürstenlose Anlasser liefert dann über das Ritzelgetriebe das maximale Motordrehmoment an das Schwungrad, bis der Motor die Kurbelgeschwindigkeit erreicht, bei der der Motor mit Kraftstoff versorgt und gezündet wird, um eine oder mehrere Startbedingungen zu erfüllen.
Die erste Schwellendrehzahl kann weniger als die Hälfte der kalibrierten Startdrehzahl betragen. In einigen Ausführungsformen kann das Drehzahldelta zwischen 10 U/min und 100 U/min liegen.
Die Steuerung kann ausgestaltet sein, um eine kalibrierte Verzögerungsdauer abzuwarten, bevor der bürstenlose Anlasser angewiesen wird, das maximale Motordrehmoment an das Schwungrad zu liefern, wobei die kalibrierte Verzögerungsdauer ausreichend ist, um den Kontakt zwischen dem Ritzelgetriebe und dem Schwungrad sicherzustellen, wobei ein anschließender vollständiger Eingriff von Ritzelgetriebe und Schwungrad stattfindet.
Die Steuerung kann die Drehzahlsteuerung des bürstenlosen Anlassers mit geschlossenem Regelkreis unter Verwendung einer Drehzahlregelkreiszeit für den bürstenlosen Anlasser aktivieren, die in einigen Ausführungsformen weniger als die Hälfte einer Motordrehzahlaktualisierungszeit der Steuerung beträgt.
Die Elektromagnetvorrichtung und der bürstenlose Anlasser können optional über einen Hilfsspannungsbus mit einem Nennspannungspegel von 15V versorgt werden.
Die Steuerung kann über eine Steuerleitung mit einem Spannungspegel von höchstens 15V elektrisch mit der Elektromagnetvorrichtung verbunden sein. Alternativ kann die Steuerung über eine serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung elektrisch mit einem Motorsteuerungsprozessor des bürstenlosen Anlassers verbunden sein. Das elektrische Anlassersystem kann bei Verwendung an Bord eines Fahrzeugs mit einem CAN-Bus und einem Motorsteuergerät (ECM) als Steuerung den CAN-Bus als serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung verwenden.
Die Elektromagnetvorrichtung kann durch eine Treiberschaltung angetrieben werden, die optional zusammen mit einem Wechselrichtermodul in den bürstenlosen Anlasser integriert ist und vom Motorsteuerungsprozessor gesteuert wird, der ebenfalls in die bürstenlose Anlasserbaugruppe integriert ist. Der bürstenlose Anlasser und die Elektromagnetvorrichtung können in einer solchen Ausführungsform über die serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung/den CAN-Bus gesteuert werden.
Es wird auch ein Antriebsstrang offenbart, der einen Verbrennungsmotor mit einer Motordrehzahl und einem Schwungrad, ein mit dem Motor gekoppeltes Getriebe, eine mit dem Getriebe gekoppelte Last und das vorstehend erwähnte elektrische Anlassersystem beinhaltet.
Ein Verfahren zur Steuerung des elektrischen Anlassersystems wird ebenfalls offenbart.
Die vorhergehende Kurzdarstellung soll nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung repräsentieren. Vielmehr veranschaulicht die vorhergehende Kurzdarstellung lediglich einige der neuartigen Aspekte und Merkmale, wie hierin dargelegt. Die vorstehend aufgeführten und andere Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen und der Arten zum Ausführen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen leicht ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Darstellung eines exemplarischen elektrischen Anlassersystems für einen Motor, wobei das elektrische Anlassersystem einen bürstenlosen Anlasser, ein Ritzelgetriebe und eine Elektromagnetvorrichtung beinhaltet, die während eines Change-of-Mind/Tip-in-Ereignisses, das während eines Motorstopps durchgeführt wird, gemeinsam gesteuert werden.
2 ist ein Zeitdiagramm der Motordrehzahl und Freigabesignale, die im exemplarischen elektrischen Anlassersystem von 1 verwendet werden.
3 ist ein Flussdiagramm, das eine exemplarische Ausführungsform eines Verfahrens zum Synchronisieren der Drehung des Ritzelgetriebes und des Schwungrades des in 1 dargestellten Motors während des Tip-In eines Change-of-Mind-Auto-Stopp-Ereignisses beschreibt.

Für die vorliegende Offenbarung können Modifikationen und alternative Formen in Betracht gezogen werden, wobei repräsentative Ausführungsformen exemplarisch in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden ausführlich beschrieben werden. Erfindungsgemäße Aspekte dieser Offenbarung sind nicht auf die besonderen Formen dieser Offenbarung beschränkt. Vielmehr zielt die vorliegende Offenbarung darauf ab, Änderungen, Äquivalente, Kombinationen und Alternativen abzudecken, die in den Schutzumfang der Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind hierin beschrieben. Die verschiedenen Ausführungsformen sind Beispiele für die vorliegende Offenbarung, wobei andere Ausführungsformen in alternativen Ausprägungen im Hinblick auf die Offenbarung von Fachleuten auf dem Gebiet denkbar sind. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich. Einige Merkmale können überbewertet oder minimiert werden, um Details der bestimmten Komponenten darzustellen. Daher sind die hierin offenbarten spezifischen aufbau- und funktionsspezifischen Details nicht als einschränkend zu verstehen, sondern vielmehr als repräsentative Grundlage, um einem Fachmann die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Wie Fachleute ebenfalls verstehen, können Merkmale, die mit Bezug auf eine gegebene Figur veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen dienen somit als repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen und Implementierungen erwünscht sein.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche Komponenten in den verschiedenen Figuren verweisen, ist ein exemplarischer Antriebsstrang 10 in 1 schematisch dargestellt, der einen Motor (E) 20 aufweist, der über eine Kurbelwelle 31 mit einem Schwungrad 32 gekoppelt ist. Zur Veranschaulichung wird das Schwungrad 32 als Zahnkranz dargestellt, obwohl in einer praktischen Ausführungsform das Schwungrad 32 und ein derartiger Zahnkranz separate Komponenten sein können, die so montiert sind, dass sie sich gemeinsam drehen. Der Antriebsstrang 10 beinhaltet auch ein elektrisches Anlassersystem 12, das zum automatischen Anlassen und Starten des Motors 20 während eines Motorautostartereignisses dient, beispielsweise nachdem der Motor 20 im Leerlauf abgeschaltet wurde, um den Kraftstoffverbrauch im Leerlauf zu minimieren. Ein derartiges Motorstartereignis ist das oben genannte Change-of-Mind-Ereignis, das während, aber vor Beendigung eines angewiesenen Autostopps des Motors 20 auftritt.
Das elektrische Anlassersystem 12 beinhaltet eine bürstenlose elektrische Maschine mit Drehstrom/Wechselstrom (AC), der im Folgenden als Anlasser (M_BL) 18 bezeichnet wird. Somit verwendet der Anlasser 18 einen elektronischen Kommutator mit Halbleiterschaltern, um ein Kurbeldrehmoment, das eine Start-Stopp-Funktion des Motors 20 unterstützt, bereitzustellen. Der Anlasser 18 beinhaltet einen Rotor 19, der mit einem Planetengetriebesystem 11 gekoppelt ist, z. B. einem Zahnkranz und/oder anderen Getriebeelementen. Ein Positionssensor 18S, wie beispielsweise ein Halleffekt-Sensor, kann zum Messen der Winkelposition (Pfeil P₁₈) des Rotors 19 verwendet werden, wobei ein Motorsteuerungsprozessor 18C daher in der Lage ist, eine Drehzahl des Rotors 19 unter Verwendung der Winkelposition (Pfeil P₁₈) mit der Drehzahl des Rotors 19, im Folgenden Maschinendrehzahl (N₁₈) genannt, zu berechnen. Die Maschinendrehzahl (N₁₈) kann anschließend über den Kommunikationsbus 35 an die Steuerung 50 übermittelt werden.
Das elektrische Anlassersystem 12 beinhaltet auch eine über eine Treiberschaltung 21D gesteuerte Elektromagnetvorrichtung (S) 21, wobei die Elektromagnetvorrichtung 21 über eine Welle 190 mit einem Ritzelgetriebe 33 gekoppelt ist und möglicherweise einen Hebel (nicht dargestellt) beinhaltet, wobei das Ritzelgetriebe 33 ausgestaltet ist, um über die Betätigung der Magnetvorrichtung 21 selektiv mit dem Schwungrad 32 in Eingriff gebracht zu werden. Ein Wechselrichtermodul (PIM) 16, das zur Veranschaulichungszwecken getrennt vom Anlasser 18 dargestellt ist, kann ein integraler Bestandteil des Anlassers 18 und damit des elektrischen Anlassersystems 12 sein.
Wie im Folgenden unter Bezugnahme auf die 2 und 3 näher erläutert, ist eine Steuerung 50, wie beispielsweise ein Motorsteuergerät in einer exemplarischen Fahrzeugausführungsform, ausgestaltet, um ein Verfahren 100 in der Gesamtsteuerung eines Drehmomentbetriebes des Anlassers 18 auszuführen. Dies geschieht während eines Change-of-Mind-Ereignisses, bei dem ein Bediener des Antriebsstrangs 10, sei es ein menschlicher Bediener oder die Steuerung 50 selbst in einer autonomen Ausführungsform, eine Erhöhung der Motordrehzahl (N₂₀) anfordert, bevor der Motor 20 vollständig gestoppt worden ist.
Im Rahmen des Change-of-Mind-Ereignisses kann die Steuerung 50 mehrere Szenarien berücksichtigen. In einem Change-of-Mind-Ereignis mit geringer Drehzahl, z. B. wenn die Motordrehzahl (N₂₀) unter einer ersten vorgegebenen Schwellendrehzahl (N1) liegt, wie z. B. etwa 150-200 U/min für einen exemplarischen Vierzylindermotor, wird das Ritzelgetriebe 33 zunächst mit dem Schwungrad 32 in Eingriff gebracht, wobei der Anlasser 18 später aktiviert und mit Strom beaufschlagt wird, so dass die Motordrehzahl (N₂₀) über eine zweite vorgegebene Schwellendrehzahl (N2) steigt, d. h. eine Motordrehzahl, die etwa 350 U/min für den gleichen exemplarischen Vierzylindermotor beträgt. Change-of-Mind-Ereignisse mit hoher Drehzahl können behandelt werden, wenn die Motordrehzahl (N₂₀) über der zweiten vorgegebenen Schwellendrehzahl (N2) liegt, bei der oder über der der Motor 20 mit Kraftstoff versorgt und gezündet werden kann, ohne den Anlasser 18 zu aktivieren.
Zwischen den Beispielen für niedrige und hohe Drehzahlen können dazwischen liegende Drehzahlen auftreten, wenn die Motordrehzahl (N₂₀) zwischen dem jeweiligen ersten und zweiten vorgegebenen Schwellenwert (N1) und (N2) liegt. In einem solchen Zustand wird der Anlasser 18 von der Steuerung 50 aktiviert und angewiesen, die Maschinendrehzahl (N₁₈), die sich auf die Kurbelwelle 31 bezieht, so zu erhöhen, dass eine effektive Maschinendrehzahl innerhalb eines zulässigen Drehzahldeltas (Δ) der Motordrehzahl (N₂₀) liegt. Das heißt, eine rohe/ erfasste Motordrehzahl, die letztlich unter Verwendung des Positionssensors 18S von 1 bestimmt wird, wird mit einem gesamten Getriebeübersetzungsverhältnis, d. h. einem vorgegebenen Wert, multipliziert und als effektive Maschinendrehzahl beim Vergleich mit der Motordrehzahl (N₂₀) im Rahmen der Offenbarung verwendet. Das Drehzahldelta (Δ) kann ein vorgegebener/programmierter Wert sein, z. B. etwa 10-100 U/min, abhängig von der vom Gesamtsystem erreichbaren Genauigkeit. Die effektive Maschinendrehzahl kann vorzugsweise kleiner als die Motordrehzahl (N₂₀) während des Eingriffs des Ritzelgetriebes 33 sein, um NVH-Effekte und transiente Motorströme zu verringern. Die Drehzahlsteuerung mit geschlossenem Regelkreis in diesen Szenarien kann unter Verwendung einer Drehzahlregelkreiszeit für den bürstenlosen Anlasser 18 durchgeführt werden, die weniger als die Hälfte einer Aktualisierungszeit der Motordrehzahl der Steuerung 50 beträgt.
Die Steuerung 50 in der Ausführungsform von 1 kann verwendet werden, um eine Position des Ritzelgetriebes 33 über die Ausgangsspannung einer Elektromagnet-Treiberschaltung 21D zu steuern, während der Anlasser 18 über eine serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung 35 gesteuert werden kann, z. B. ein Controller Area Network (CAN) mit einer exemplarischen Baudrate von 1Mb/s oder mehr. Anstatt einen fest eingekuppelten Anlasser 18 mit einer zwischen Kurbelwelle 31 und Schwungrad 32 angeordneten Einwegkupplung zu verwenden, so dass sich ein Element kontinuierlich mit dem Motor 20 dreht, oder andere Ansätze mit „Dual-Tandem“-Ausgestaltungen, bei denen separate Elektromagnetvorrichtungen 21 zum Steuern des Ritzelgetriebes 33 und zum Betreiben eines Bürstenstartermotors verwendet werden, verwendet der vorliegende Ansatz stattdessen die Elektromagnetvorrichtung 21 als einzelner Elektromagnet im Rahmen des elektrischen Anlassersystems 12.
Um Geräusch-, Vibrations- und Rauheitseffekte (NVH) während des oben genannten Change-of-Mind-Ereignisses, das während eines automatischen Stopps des Motors 20 durchgeführt wird, zu reduzieren, führt die Steuerung 50 eine Logik aus, die das Verfahren 100 unter Verwendung der Motordrehzahl (N₂₀) als Steuerwert verkörpert. Die Steuerung 50 verwendet eine Steuerung der Maschinendrehzahl (N₁₈) mit geschlossenem Regelkreis des bürstenlosen Anlasser-Motors 18 bevor sie das Ritzelgetriebe 33 mit dem Schwungrad 32 in Eingriff bringt, wobei die Motordrehzahl (N₂₀) eine Rückführsteuerungsgröße im Verfahren mit geschlossenem Regelkreis ist. Die Steuerung 50 hält dabei das Drehzahldelta (Δ) zwischen der effektiven Maschinendrehzahl und der Motordrehzahl (N₂₀) in einem zulässigen Bereich.
Weiterhin kann der Motor 20 in Bezug auf den in 1 dargestellten Antriebsstrang 10 und das elektrische Anlassersystem 12 als Benzin- oder Dieselmotor verkörpert sein und schließlich das Motordrehmoment an eine Abtriebswelle 24 abgeben. Die Abtriebswelle 24 kann mit einem Getriebe (T) 22 gekoppelt sein, z. B. über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler oder eine Kupplung (nicht dargestellt). Das Getriebe 22 liefert letztlich das Abtriebsdrehmoment in einem bestimmten Gang oder Übersetzungsverhältnis an ein Getriebeabtriebselement 25. Das Abtriebselement 25 wiederum treibt eine gekoppelte Last über eine oder mehrere Antriebsachsen 28 an, wobei die in 1 dargestellte Last als ein Satz von Antriebsrädern 26 in einer exemplarischen Automobilanwendung dargestellt ist. Weitere nützliche Anwendungen für den Antriebsstrang 10 können vorgesehen werden, einschließlich Kraftwerke, Robotik, mobile Plattformen und Nicht-Kraftfahrzeug-Anwendungen, wie beispielsweise Wasserfahrzeuge, Marineschiffe, Schienenfahrzeuge und Flugzeuge, weshalb die Ausführungsform des Kraftfahrzeugs in 1 dazu vorgesehen ist, die offenbarten Konzepte uneingeschränkt zu veranschaulichen.
Wenn der Motor 20 nicht läuft, wie beispielsweise nach einem kraftstoffsparenden Auto-Stopp-Ereignis des Motors 20 im Leerlauf oder bei ausgeschaltetem Motor 20, kann das elektrische Anlassersystem 12 elektrisch und automatisch als Reaktion auf Elektromagnetsteuersignale (Pfeil CCs) und Motorsteuersignale (Pfeil CC_M) von der Steuerung 50 initiiert werden, um dem Schwungrad 32 über das dazwischenliegende Ritzelgetriebe 33 selektiv ein Startmoment (Pfeil T_M) zuzuführen. Eine mögliche Ausgestaltung zum Erreichen dieser Ziele ist die Verwendung der Elektromagnetvorrichtung 21, die sich wie in 1 dargestellt befindet. Die Elektromagnetvorrichtung 21 kann die Welle 190 beinhalten, möglicherweise mit einem Hebel (nicht dargestellt), der sich, wie oben beschrieben, zwischen der Welle 190 und der Elektromagnetvorrichtung 21 befindet.
Wenn die Elektromagnetvorrichtung 21 als Reaktion auf die Elektromagnetsteuersignale (Pfeil CCs) mit Strom beaufschlagt wird, verschiebt die mit Strom beaufschlagte Elektromagnetvorrichtung 21 das Ritzelgetriebe 33 linear in die bei 33A angegebene Position und damit in direkten kämmenden Eingriff mit den entsprechenden Zähnen oder Verzahnungen sowohl am Schwungrad 32 als auch am Planetengetriebesystem 11. Nachdem der Motor 20 gestartet wurde und mit einer Drehzahl läuft, die ausreicht, um den Kraftstoffverbrauch und die Verbrennung aufrechtzuerhalten, werden die Steuersignale des Elektromagneten (Pfeil CCs) unterbrochen. Dadurch wird die Elektromagnetvorrichtung 21 spannungsfrei geschaltet. Das Ritzelgetriebe 33 wird über eine Rückstellung der Elektromagnetvorrichtung 21 aus dem Eingriff mit dem Schwungrad 32 herausgedrückt. Es können weitere Ausgestaltungen vorhanden sein, um das Ritzelgetriebe 33 selektiv mit dem Schwungrad 32 und dem Zahnkranz 11 in Eingriff zu bringen, und daher soll die dargestellte Ausführungsform die hierin offenbarten allgemeinen Konzepte veranschaulichen, ohne das elektrische Anlassersystem 12 auf eine solche Ausführungsform zu beschränken.
Das elektrische Anlassersystem 12 von 1 kann ein Gleichstrom-(DC)-Batteriepack 14 beinhalten oder mit diesem verbunden sein, z. B. ein mehrzelliges Lithium-Ion, Nickel-Metallhydrid oder Bleisäure-Batteriepack mit positiven (+) und negativen (-) Anschlüssen. Das Batteriepack 14 kann ein Hilfsbatteriepack sein, z. B. mit einer Nennspannung bei Hilfsstufen, z. B. etwa 12-15V. Somit kann die Elektromagnetvorrichtung 21 in einer Fahrzeugausführungsform des Antriebsstrangs 10 durch den Ausgang der Treiberschaltung 21D, die von der Steuerung 50 über eine Steuerleitung gesteuert wird, oder durch den Motorsteuerungsprozessor 18C als Reaktion auf eine von der Steuerung 50 an den Motorsteuerungsprozessor übertragene Nachricht, z. B. über den CAN-Bus 35 oder eine andere serielle Hochgeschwindigkeitskommunikationsverbindung, mit Strom versorgt werden. Die Steuerung 50 kann mit der Elektromagnetvorrichtung 21 und dem bürstenlosen Anlasser 18 über separate Steuerleitungen in einer möglichen Ausführungsform elektrisch verbunden sein, wobei jede Steuerleitung möglicherweise einen Spannungspegel von 15V oder weniger aufweist. So ist der Elektromagnettreiber 21D in 1 an verschiedenen Stellen dargestellt, um mögliche Ausführungsformen zu zeigen, z. B. innerhalb des PIM 16 oder der Steuerung 50.
In einem exemplarischen Fall kann der Elektromagnettreiber 21D ein High-Side-MOSFET-Schalter (der Einfachheit halber nicht dargestellt) mit geeignetem Nennstrom zwischen der positiven (+) Leitung der Batterie 14 und einer ersten Leitung einer Elektromagnetspule innerhalb der Elektromagnetvorrichtung 21D sein, wobei die zweite Leitung einer solchen Elektromagnetspule über dem Fahrzeug-/Motorchassisboden mit der negativen (-) Leitung der Batterie 14 verbunden ist. Wie von einem Fachmann auf dem Gebiet zu erkennen ist, wird der Gate-Anschluss des MOSFET in diesem Ausführungsbeispiel von einer Steuerleitung durch eine Pegelschiebeschaltung angetrieben, um den MOSFET in einen „Ein“-/leitenden Zustand zu versetzen, um die Elektromagnetspule mit Strom auf einem Niveau zu versorgen, das ausreicht, um die Bewegung einer Elektromagnetwelle zu ermöglichen, was wiederum das Ritzelgetriebe 33 dazu drängt, in das Schwungrad 32 einzugreifen.
Das elektrische Anlassersystem 12 kann das PIM 16 beinhalten, das wiederum über einen Gleichspannungsbus 15 über die Plus- (+) und Minuspole (-) des Batteriepacks 14 sowie über einen Mehrphasen-/Wechselstrom (AC)-Spannungsbus 17 elektrisch verbunden ist. Wie bereits erwähnt, kann das PIM 16, während es zur Veranschaulichung getrennt vom Anlasser 18 dargestellt ist, mit dem Anlasser 18 in andere Ausführungsformen integriert werden. Auch wenn das PIM 16 aus Gründen der Einfachheit aus 1 weggelassen wurde, beinhaltet es Halbleiterschaltpaare, typischerweise MOSFETs, die über den Gleichspannungsbus 15 an positive (+) und negative (-) Pole angeschlossen sind, und Signalfilter-Schaltungskomponenten, die letztlich Gleichstrom aus dem Batteriepack 14 in Mehrphasenstrom auf dem Wechselspannungsbus 17 umwandeln.
Der Wechselspannungsbus 17 wiederum ist elektrisch mit einzelnen Phasenwicklungen innerhalb des bürstenlosen Anlassers 18 verbunden. Der Anlasser 18 kann so ausgestaltet sein, dass sich für einen gegebenen Leistungsbereich, z. B. 3-5V bei 6000 U/min, eine kalibrierte gegenelektromotorische Kraft, oder andere Werte ergeben die sicherstellen, dass genügend Motordrehmoment (Pfeil T_M) zum Anlassen des Motors 20 zur Verfügung steht, z. B. 5-7 Nm innerhalb der Parameter des Gleichspannungsbusses 15. Der Anlasser 18 kann ohne Einschränkung als Oberflächen-Permanentmagnetmaschine, Innen-Permanentmagnetmaschine, Schleppinduktionsmaschine, geschaltete Reluktanzmaschine oder eine andere Art von bürstenlosem Motor konfiguriert werden. Wie hierin anerkannt, können bürstenlose Motoren wie der Anlasser 18 eine längere Lebensdauer mit einer verbesserten Genauigkeit der Drehzahlregelung im Vergleich zu bestimmten Bürstenmotoren und anderen möglichen Vorteilen aufweisen.
Die Steuerung 50 aus 1 ist ausgestaltet, um gemessene Spannung, Strom, Position, Temperatur und/oder andere geeignete elektrische Größen als Teil eines Satzes von Eingangssignalen (Pfeil CC_I) zu empfangen. Die Steuerung 50 kann auf unterschiedliche Weise als eine oder mehrere Steuervorrichtungen, die gemeinsam das Motordrehmoment (Pfeil T_M) vom Anlasser 18 als Teil des Verfahrens 100 verwalten, implementiert werden. Wie vorstehend erwähnt, ist die Steuerung 50 ausgestaltet, um den Betrieb der Elektromagnetvorrichtung 21 über die Elektromagnetsteuersignale (Pfeil CCs) zu steuern und um den Anlasser 18 gleichzeitig über die Motorsteuersignale (Pfeil CC_M) zu aktivieren und mit Strom zu beaufschlagen, wobei die Elektromagnetsteuersignale (Pfeil CCs) und die Motorsteuersignale (Pfeil CC_M) möglicherweise über separate Steuerleitungen oder Übertragungsanschlüsse übertragen werden. Das heißt, das hierin offenbarte Anlassersystem 12 ist durch einen einzelnen Elektromagneten, d. h. die Elektromagnetvorrichtung 21, gekennzeichnet. Infolgedessen kann die Elektromagnetvorrichtung 21 durch die Ausgabe der Treiberschaltung 21D angetrieben werden, die von der Steuerung 50 oder dem Motorsteuerungsprozessor 18C gesteuert wird, um Spulen oder Wicklungen der Elektromagnetvorrichtung 21 mit Strom zu beaufschlagen und dadurch die Übersetzung des Ritzelgetriebes 33 während eines Auto-Stopp-Zustandes zu ermöglichen.
Mehrere Steuerungen können über einen schnellen seriellen Hochgeschwindigkeitsbus, wie beispielsweise den in 1 dargestellten CAN-Bus 35, miteinander kommunizieren. Die Steuerung 50 kann einen oder mehrere digitale Computer beinhalten, die jeweils einen Prozessor (P) aufweisen, z. B. einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, sowie einen Speicher (M) in Form eines Nur-Lesespeichers, eines Direktzugriffsspeichers, eines elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speichers usw., eines Hochgeschwindigkeits-Taktgebers, einer Analog-Digital- und Digital-Analog-Schaltung, einer Ein-/Ausgabeschaltung und Vorrichtungen sowie einer geeigneten Signalaufbereitung und Pufferschaltung. In verschiedenen Ausführungsformen des elektrischen Anlassersystems 12 kann die Steuerung 50 über eine dedizierte oder direkte Steuerleitung 135 mit einem Spannungspegel von 15V oder weniger mit der Elektromagnetvorrichtung 21 elektrisch verbunden werden, wobei der Anschluss in 1 als „[50]“ angegeben ist.
Alternativ kann die Steuerung 50 über den Motorsteuerungsprozessor 18C über den CAN-Bus 35 oder eine andere serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung elektrisch mit dem bürstenlosen Anlasser 18 verbunden sein. Wenn das elektrische Anlassersystem 12 beispielsweise an Bord eines Fahrzeugs mit dem Antriebsstrang 10 und dem CAN-Bus 35 verwendet wird, kann die Steuerung 50 als Motorsteuergerät ausgeführt sein oder dieses beinhalten, wobei die oben genannte serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung der CAN-Bus 35 ist. Die Elektromagnetvorrichtung 21 kann von der Elektromagnet-Treiberschaltung 21D angetrieben werden, wobei die Elektromagnet-Treiberschaltung 21D in anderen Ausführungsformen neben dem PIM 16, wie in 1 dargestellt, integriert ist, wobei sowohl der bürstenlose Anlasser 18 als auch die Elektromagnetvorrichtung 21 über den CAN-Bus 35 gesteuert werden können.
Die Steuerung 50 kann auch Algorithmen und/oder computerausführbare Anweisungen im Speicher (M) speichern, einschließlich der zugrundeliegenden Algorithmen oder des Codes, der das nachstehend beschriebene Verfahren 100 verkörpert, und Befehle an das elektrische Anlassersystem 12 übertragen, um die Durchführung bestimmter Steuerungsaktionen gemäß der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen..
Die Steuerung 50 steht in Verbindung mit dem Motor 20 und empfängt als Teil der Eingangssignale (Pfeil CC_I) Signale, die eine Drehzahl und Temperatur des Motors 20 sowie andere mögliche Motorbetriebsbedingungen oder -parameter anzeigen. Diese Parameter beinhalten eine Startanforderung des Motors 20, unabhängig davon, ob sie vom Bediener eingeleitet oder autonom erzeugt wird. Die Steuerung 50 ist auch mit dem bürstenlosen Anlasser 18 in Verbindung und empfängt so Signale, die die aktuelle Drehzahl, die Stromaufnahme, das Drehmoment, die Temperatur und/oder andere Betriebsparameter anzeigen. Die Steuerung 50 kann auch mit dem Batteriepack 14 verbunden sein und Signale empfangen, die einen Ladezustand der Batterie, Temperatur und Stromaufnahme sowie eine Spannung über die jeweiligen Gleich- und Wechselspannungsbusse 15 und 17 anzeigen. Neben der Übertragung einer Drehmomentanforderung an den Anlasser 18 über den CAN-Bus 35 oder einer Startanforderung über die Leitung CC_M oder ein Elektromagnetsteuersignal (Pfeil CCs) kann die Steuerung 50 auch Ausgangssignale (Pfeil CCo) an den Motor 20 und das Getriebe 22 als Teil der Gesamtbetriebsfunktion der Steuerung 50 übertragen.
Unter Bezugnahme auf die repräsentativen Spuren 60 von 2 wird die Motordrehzahl (N₂₀) auf der vertikalen Achse (Y1) in U/min, die Zeit (t) in Sekunden (s) auf der horizontalen Achse (X) und ein Binärwert (0 oder 1) auf der vertikalen Achse (Y2) dargestellt. Bei t₀ ermöglicht die Steuerung 50 von 1 den Betrieb der Elektromagnetvorrichtung 21, gefolgt vom bürstenlosen Anlasser 18 bei t₁, wobei die Aktivierung der Elektromagnetvorrichtung 21 durch ein Bit-Flag 62 (STRT-ENBL) angezeigt wird, das hoch gesteuert wird, d. h. von binär 0 auf binär 1 wechselt. Bei t₁, das etwa 0,04 s nach dem Aktivieren der Elektromagnetvorrichtung 21 bei t₀ auftreten kann, wird der bürstenlose Anlasser 18, wie in der Spur 61 angegeben, in die Lage versetzt, die Motordrehzahl (N₂₀) dazu zu veranlassen, sich schnell zu erhöhen, wobei bei t₂ im veranschaulichten nicht einschränkenden Beispiel eine kalibrierte Anfangsdrehzahl von etwa 500 U/min erreicht wird.
Die Motordrehzahl (N₂₀) steigt weiter an, nachdem der bürstenlose Anlasser 18 abgeschaltet oder deaktiviert wurde, was bei t₃ in 2 bei etwa t = 0,4 s auftritt. Das vorliegende Steuerungsverfahren 100 mit geschlossenem Regelkreis kann die NVH-Leistung daher bei Verwendung in Verbindung mit der hierin beschriebenen einzelnen Elektromagnetvorrichtung 21 gegenüber Ansätzen unter Verwendung von Steuerungsansätzen mit offenem Regelkreis verbessern, die eine zufällige Drehzahldifferenz zwischen einer Drehzahl des Ritzelgetriebes 33 und einer Drehzahl des Schwungrads 32 von 1 während Change-of-Mind-Neustartereignissen des Motors vorsehen.
Unter Bezugnahme auf 3 beginnt das Verfahren 100 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform bei Schritt S102. Referenzierte Strukturelemente sind in 1 dargestellt. Bei Schritt S102 überprüft die Steuerung 50, ob sich der Motor 20 in einem eingeschalteten/Betriebszustand befindet, wie durch die Beschriftung „(20) = EIN“ angezeigt. Schritt S102 kann der Motordrehzahl (N₂₀) entsprechen, die über einer kalibrierten Startdrehzahl, z. B. 350-400 U/min für einen exemplarischen Vierzylindermotor 20, oder einem anderen Drehzahlwert, der die anhaltende Betankung und die Verbrennungsfunktionen des Motors 20 anzeigt, liegt. Das Verfahren 100 geht dann über zu Schritt S104.
Bei Schritt S104 bestimmt die Steuerung 50 als nächstes, ob die Auto-Stopp-Funktion („ASTP“) aktiviert ist. Ein aktivierter logischer Zustand deutet auf ein angewiesenes Auto-Stopp-Ereignis des Motors 20. Schritt S104 wird in einer Schleife wiederholt, bis der automatische Stopp aktiviert ist, woraufhin das Verfahren 100 mit Schritt S106 fortfährt.
Bei Schritt S106 bestimmt die Steuerung 50 in Anbetracht der Tatsache, dass die Steuerung 50 bei Schritt S104 bestimmt hat, dass eine Auto-Stopp-Funktion des Motors 20 aktiviert ist als nächstes, ob ein Change-of-Mind („CoM“) Ereignis vorliegt. So kann beispielsweise die Steuerung 50 im Rahmen von Schritt S106 die Eingangssignale (Pfeil CC_I) verarbeiten, um zu bestimmen, ob eine Drosselklappenspitze vorhanden ist, bei der ein Bediener des Antriebsstrangs 10, z. B. ein menschlicher Bediener/Fahrer oder die autonome Steuerung 50, eine Beschleunigungsanforderung stellt, z. B. durch Niederdrücken eines Gaspedals (nicht dargestellt) oder Vergrößerung der Drosselklappenöffnung. Das Verfahren 100 fährt mit Schritt S108 fort, wenn das Change-of-Mind-Ereignis aktiv ist, wobei die Steuerung 50 ansonsten den Schritt S106 wiederholt.
Bei Schritt S108 bestimmt die Steuerung 50 die aktuelle Motordrehzahl (N₂₀). Ein solcher Wert kann über eine andere Steuervorrichtung, wie beispielsweise ein Motorsteuergerät, sofern es von der Steuerung 50 getrennt ist, gemeldet werden, oder die Motordrehzahl (N₂₀) kann von der Steuerung 50 berechnet oder direkt gemessen werden, sofern die Steuerung 50 selbst ein Motorsteuergerät ist. Das Verfahren 100 geht zu Schritt S110 über, sobald die Motordrehzahl (N₂₀) bestimmt wurde.
Schritt S110 beinhaltet das erneute Bestimmen über die Steuerung 50, ob die Motordrehzahl (N₂₀) kleiner als eine erste vorgegebene Schwellendrehzahl (N1) ist. Die erste vorgegebene Schwellendrehzahl (N1) kann eine Drehzahl niedriger sein als eine kalibrierte Startdrehzahl des Motors 20. Wenn beispielsweise eine kalibrierte Startdrehzahl für einen exemplarischen Vierzylindermotor 350-400 U/min beträgt, dann kann die erste vorgegebene Schwellendrehzahl (N1) in einem nicht einschränkenden Fall etwa 175-200 U/min oder weniger als 50 Prozent der kalibrierten Startdrehzahl betragen. Das Verfahren 100 geht zu Schritt S111 über, wenn die Motordrehzahl (N₂₀) die erste vorgegebene Schwellendrehzahl (N1) überschreitet, und zu Schritt S112 über, wenn die Motordrehzahl (N₂₀) kleiner als die erste vorgegebene Schwellendrehzahl (N1) ist.
Bei Schritt S111 bestimmt die Steuerung 50 als nächstes, ob die Motordrehzahl (N₂₀) eine zweite vorgegebene Schwellendrehzahl (N2), die größer als die vorstehend beschriebene erste vorgegebene Schwellendrehzahl (N1) ist, überschreitet. Die zweite vorgegebene Schwellendrehzahl (N2) kann der oben erwähnten Motorstartdrehzahl entsprechen, z. B. 350-400 U/min, je nach der Anzahl der im Motor 20 verwendeten Zylinder. Das Verfahren 100 geht zu Schritt S115 über, wenn die Motordrehzahl (N₂₀) kleiner als die zweite kalibrierte Schwellendrehzahl (N2) ist, und alternativ zu Schritt S113 über, wenn die Motordrehzahl (N₂₀) die zweite kalibrierte Schwellendrehzahl (N2) erreicht oder überschreitet.
Bei Schritt S112 ermöglicht die Steuerung 50 in Anbetracht der Tatsache, dass die Steuerung 50 bei Schritt S110 bestimmt hat, dass die Motordrehzahl (N₂₀) kleiner als die erste vorgegebene Schwellendrehzahl (N1) ist, als nächstes das Einrücken des Ritzelgetriebes 33. Schritt S112 kann das Übertragen eines Steuersignals zum Versorgen der Elektromagnetvorrichtung 21, z. B. an die Elektromagnet-Treiberschaltung 21D, entweder über die Steuerung 50 oder den Motorsteuerungsprozessor 18C beinhalten. Als Reaktion auf die zugeführte Spannung, und unabhängig von der Quellensteuerung, übersetzt die mit Strom beaufschlagte Elektromagnetvorrichtung 21 das Ritzelgetriebe 21 in einen kämmenden Eingriff mit dem Schwungrad 32 des Motors 20. Das Verfahren 100 geht dann zu Schritt S 114 über.
Schritt S113 wird erreicht, wenn die Motordrehzahl (N₂₀) ausreichend ist, um mit der Kraftstoffversorgung und dem Starten des Motors 20 fortzufahren. Schritt S113 beinhaltet das Aktivieren einer Kraftstofffunktion des Motors 20 („ENBL (20)“), z. B. das Einspritzen von Benzin oder Dieselkraftstoff in die Zylinder des Motors 20 zur Verbrennung darin. Das Verfahren 100 geht dann zu Schritt S102 über.
Schritt S114 beinhaltet das Einleiten eines Zählers über die Steuerung 50 und dann das Bestimmen, ob die aktuelle Zählzeit (T) des Zählers eine vorgegebene Verzögerungsdauer (T1) überschreitet. Schritt S114 wird wiederholt, bis die vorgegebene Verzögerungsdauer (T1) verstrichen ist; zu diesem Zeitpunkt geht das Verfahren 100 zu Schritt S116 über.
Bei Schritt S115 ermöglicht die Steuerung 50 die Drehzahlsteuerung des Anlassers mit geschlossenem Regelkreis des bürstenlosen Anlassers 18, z. B. durch Setzen eines entsprechenden Bit-Flags, vor dem Übergang zu Schritt S117.
Schritt S116 beinhaltet neben dem Aktivieren des Betankens des Motors 20, das Aktivieren des bürstenlosen Anlasser-Motors 18 aus 1 („ENBL (18)“) zum Anlassen und Starten des Motors 20. Beide Vorgänge werden durch den Betrieb der Steuerung 50 mit entsprechenden Steuersignalen über den CAN-Bus 35 und/oder eine Niederspannungsleitung erreicht. Das Verfahren geht dann zu Schritt S118 über.
Schritt S117 beinhaltet das Vergleichen der effektiven Maschinendrehzahl (N₁₈*) des bürstenlosen Anlassers 18 mit einer angepassten Motordrehzahl, d. h. Motordrehzahl (N₂₀) abzüglich eines vorgegebenen Drehzahldeltas (Δ). Die tatsächliche Maschinendrehzahl (N₁₈ aus 1) kann über einen Zustandsbeobachter geschätzt oder mit dem exemplarischen Positionssensor 18S gemessen werden, wobei die effektive Maschinendrehzahl (N₁₈*) die mit einer Gesamtübersetzung multiplizierte Maschinendrehzahl (N₁₈) ist. Das vorgegebene Drehzahldelta (Δ) ist ein kalibrierter Wert, der mindestens 5-10 U/min oder höchstens 50-100 U/min beträgt oder in einem Bereich von 10-100 U/min liegt, wobei das tatsächliche vorgegebene Drehzahldelta (Δ) in einer gegebenen Anwendung abhängig von der vom Gesamtsystem erreichbaren Genauigkeit verwendet wird. Das Verfahren 100 geht zu Schritt S119 über, wenn die effektive Maschinendrehzahl (N₁₈*) kleiner als die eingestellte Motordrehzahl ist, und geht alternativ zu Schritt S121 über.
Bei Schritt S118 bestimmt die Steuerung 50 als nächstes, ob der Neustart des Motors 20 abgeschlossen ist, d. h. ob sich der Motor 20 im Ein-/Ausschaltzustand befindet („(20) EIN“). Schritt S118 fährt fort, bis das Neustartereignis abgeschlossen ist, z. B. bis die Motordrehzahl (N₂₀) die zweite vorgegebene Schwellendrehzahl (N2) für mehr als eine kalibrierte Zeit (z. B. 0, 1s) überschreitet, und geht dann zu Schritt S120 über.
Schritt S119 beinhaltet das Aktualisieren der Motordrehzahl (N₂₀) im Speicher (M) der in 1 dargestellten Steuerung 50 vor der Rückkehr zu Schritt S115.
Bei Schritt S120 deaktiviert die Steuerung 50 den Betrieb des bürstenlosen Anlassers 18 und der Elektromagnetvorrichtung 21 („DSBL (18) + (21)“). Im Gegenzug führen derartige Steuermaßnahmen zum Lösen des Ritzelgetriebes 33 vom Schwungrad 32 und zum Stoppen des bürstenlosen Anlassers 18. Das Verfahren 100 geht dann zu Schritt S102 über.
Bei Schritt S121 aktiviert die Steuerung 50 die Elektromagnetvorrichtung 21. Diese Steuermaßnahme bewirkt, dass die Elektromagnetvorrichtung 21 das Ritzelgetriebe 33 in direkten kämmenden Eingriff mit dem Schwungrad 32 versetzt. Das Verfahren 100 geht dann zu Schritt S123 über.
Schritt S123 beinhaltet die Steuerung 50, die den geschlossenen Regelkreis des Anlassermotors 18 verlässt, der bei Schritt S115 initiiert wurde, beispielsweise durch Registrieren eines Bit-Flags als binäre 0. Das Verfahren 100 geht dann zu Schritt S116 über.
Das oben beschriebene Verfahren 100 ermöglicht, wenn es in Verbindung mit dem elektrischen Anlassersystem 12 von 1 verwendet wird, ein schnelleres Starten des Motors 20 bei höheren Kurbeldrehzahlen, was auch eine geringere Verzögerung und eine verbesserte NVH-Leistung ermöglicht. Eine verbesserte Tip-In-Leistung kann von einem Ausrollzustand oder einem anderen Zustand erzielt werden, in dem ein Change-of-Mind-Ereignis den Verlauf eines befohlenen Auto-Stopp-Ereignisses des Motors 20 verändert. Diese und andere Vorteile werden durch gewöhnliche Fachleute auf dem Gebiet der vorhergehenden Offenbarung leicht erkannt werden.
Während ein paar der besten Ausführungsformen und anderen Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Lehren, die in den beigefügten Ansprüchen definiert sind. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass Änderungen an den offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus beinhalten die vorliegenden Konzepte ausdrücklich Kombinationen und Teilkombinationen der beschriebenen Elemente und Merkmale. Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen sind unterstützend und beschreibend für die vorliegenden Lehren, wobei der Geltungsbereich der vorliegenden Lehren ausschließlich durch die Patentansprüche definiert ist.

Claims

Elektrisches Anlassersystem (12) zur Verwendung mit einem Verbrennungsmotor (20) mit einer Motordrehzahl und einem Schwungrad (32), wobei das elektrische Anlassersystem (12) das Folgende umfasst: ein Ritzelgetriebe (33); eine mit dem Ritzelgetriebe (33) gekoppelte Elektromagnetvorrichtung (21); einen bürstenlosen Anlasser (18) mit einer tatsächlichen Maschinendrehzahl, der selektiv über das Ritzelgetriebe (33) des Motors (20) während eines Change-of-Mind-Ereignisses, bei dem eine angewiesene Auto-Stopp-Sequenz des Motors (20) durch eine angeforderte Beschleunigung des Motors (20) unterbrochen wird, mit dem Schwungrad (32) des Motors (20) verbindbar ist; und eine Steuerung (50), die mit der Elektromagnetvorrichtung (21) und dem Anlasser (18) in Verbindung steht, und als Reaktion auf das Change-of-Mind-Motorereignis ausgestaltet ist, um: die Motordrehzahl mit einer Schwellendrehzahl, die kleiner als eine kalibrierte Startdrehzahl des Motors (20) ist, zu vergleichen; und als Reaktion darauf, dass die Motordrehzahl die Schwellendrehzahl überschreitet und kleiner als die kalibrierte Startdrehzahl ist: Ermöglichen der Drehzahlsteuerung des Anlassers (18) mit geschlossenem Regelkreis unter Verwendung der Motordrehzahl als Referenzwert bis eine effektive Maschinendrehzahl des Anlassers (18) innerhalb eines zulässigen Bereichs oder Drehzahldeltas der Motordrehzahl liegt, wobei die effektive Maschinendrehzahl die einem Gesamtübersetzungsverhältnis des elektrischen Anlassersystems (12) multiplizierte tatsächliche Maschinendrehzahl ist; Übertragen eines Steuersignals, um die Elektromagnetvorrichtung (21) zu aktivieren und dadurch zu bewirken, dass die Elektromagnetvorrichtung (21) das Ritzelgetriebe (33) mit dem Schwungrad (32) und dem Anlasser (18) in Eingriff bringt; Deaktivieren der Drehzahlsteuerung mit geschlossenem Regelkreis beim Eingriff mit dem Schwungrad (32) und dem Anlasser (18); und Anweisen des bürstenlosen Anlassers (18), das Motordrehmoment über das Ritzelgetriebe (33) an das Schwungrad (32) zu übertragen, bis der Motor (20) startet.
Elektrisches Anlassersystem (12) nach Anspruch 1, wobei die Schwellendrehzahl weniger als die Hälfte der kalibrierten Startdrehzahl beträgt.
Elektrisches Anlassersystem (12) nach Anspruch 1, wobei der zulässige Bereich oder das zulässige Drehzahldelta zwischen 10 U/min und 100 U/min liegt.
Elektrisches Anlassersystem (12) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (50) ausgestaltet ist, um eine kalibrierte Verzögerungsdauer nach dem Aktivieren des Anlasserritzeleingriffs abzuwarten, bevor der bürstenlose Anlasser (18) angewiesen wird, das Motordrehmoment an das Schwungrad (32) zu liefern, wobei die kalibrierte Verzögerungsdauer ausreichend ist, um einen vollständigen Eingriff des Ritzelgetriebes (33) mit dem Schwungrad (32) zu gewährleisten.
Elektrisches Anlassersystem (12) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (50) ausgestaltet ist, um die Drehzahlsteuerung des bürstenlosen Anlassers (18) mit geschlossenem Regelkreis unter Verwendung einer Drehzahlregelkreiszeit für den bürstenlosen Anlasser (18) zu aktivieren, die weniger als die Hälfte einer Motordrehzahlaktualisierungszeit der Steuerung (50) beträgt.
Elektrisches Anlassersystem (12) nach Anspruch 1, wobei die Elektromagnetvorrichtung (21) und der bürstenlose Anlasser (18) über einen Hilfsspannungsbus mit einem Nennspannungspegel von 15V oder weniger versorgt werden.
Elektrisches Anlassersystem (12) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (50) über eine Steuerleitung (135) mit einem Nennspannungspegel von 15V oder weniger mit der Elektromagnetvorrichtung (21) elektrisch verbunden ist.
Elektrisches Anlassersystem (12) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (50) über eine serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung mit einem Motorsteuerungsprozessor (18C) des bürstenlosen Anlassers (18) elektrisch verbunden ist, und wobei der Motorsteuerungsprozessor (18C) ausgestaltet ist, um eine Treiberschaltung (21D) der Elektromagnetvorrichtung (21) über eine Pulsweitenmodulationsspannung als Reaktion auf eine Anforderung von der Steuerung (50) mit Strom zu beaufschlagen.
Elektrisches Anlassersystem (12) nach Anspruch 8, wobei das elektrische Anlassersystem (12) an Bord eines Fahrzeugs mit einem CAN-Bus (Controller Area Network) (35) und einem Motorsteuermodul (ECM) als Steuerung (50) verwendet wird, und wobei die serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung der CAN-Bus (35) ist.
Elektrisches Anlassersystem (12) nach Anspruch 9, wobei das elektrische Anlassersystem (12) ein Wechselrichtermodul (PIM) (16) beinhaltet und wobei die Treiberschaltung (21D) in das PIM (16) integriert ist.