EP3645861A2 - Verarbeitungseinheit zur überwachung eines starters für einen verbrennungsmotor - Google Patents

Verarbeitungseinheit zur überwachung eines starters für einen verbrennungsmotor

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Publication number
EP3645861A2
EP3645861A2 EP18731807.6A EP18731807A EP3645861A2 EP 3645861 A2 EP3645861 A2 EP 3645861A2 EP 18731807 A EP18731807 A EP 18731807A EP 3645861 A2 EP3645861 A2 EP 3645861A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
starter
speed
voltage
combustion engine
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18731807.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Holt
Frank Vogel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP3645861A2 publication Critical patent/EP3645861A2/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F02N2300/2011—Control involving a delay; Control involving a waiting period before engine stop or engine start
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines

Definitions

  • the invention relates to a processing unit and a corresponding
  • Method for monitoring a starter for an internal combustion engine in particular for an internal combustion engine of a vehicle.
  • a vehicle having an internal combustion engine typically includes a starter that is used to crank the engine to perform at least one intake and compression stroke and allow the engine to start.
  • the starter typically comprises an electric motor, in particular a DC motor, which is operated with electrical energy from an electrical system (in particular a low-voltage electrical system with a vehicle electrical system voltage of 60V or less, typically 12V or 48V) of the vehicle.
  • the driver of a vehicle can actuate an ignition of the vehicle (for example via a start button of the vehicle).
  • the starter is caused to drive the crankshaft of the internal combustion engine to accelerate the internal combustion engine to the starting engine speed to allow the internal combustion engine to start.
  • independent claim dependent claim without the features of the independent claim or only in combination with a Tei lmenge of the features of the independent claim can form an independent and independent of the combination of all features of the independent claim invention, the subject of an independent claim, a Te i I or a subsequent application can be made. This applies equally to technical teachings described in the specification, which may form an independent invention of the features of the independent claims.
  • a processing unit for monitoring an electrically powered starter is described.
  • the product may have one or more characteristics of another processing described in this document.
  • the starter is set up, one
  • the starter comprises e.g. an electric motor, in particular a
  • the electric power can be supplied to generate a torque for driving the Kurbelwel le of the internal combustion engine.
  • a user can initiate via a user interface (eg via an ignition lock or via a start button) that electrical power is supplied to the starter from a vehicle electrical system, in particular from the electrical system of a vehicle.
  • the internal combustion engine (in particular the crankshaft of the internal combustion engine) is then driven by the starter. After a certain period of time, the speed of the internal combustion engine can be sufficiently high for a start of the internal combustion engine his.
  • the internal combustion engine typically only follows the combustion process of the engine after a successful starting process
  • the processing unit can be set up. To determine information regarding a cause of an unsuccessful boot.
  • the processing unit is configured to determine power information related to electric power supplied to the starter during a starting operation of the internal combustion engine.
  • the electrical power typically depends on the starter voltage. which is applied to the starter and / or by the starter current that flows into the starter. In particular, the electrical power results from the product of the starter voltage and the starter current.
  • the power information may indicate the starter voltage during startup, especially at the beginning of the startup process. Due to the starter voltage applied to the starter voltage, a certain torque /
  • the value of the starter voltage can be used as a voltage measuring unit.
  • the processing unit may be further configured.
  • the speed information can indicate the speed, in particular the ma imale speed, of the internal combustion engine during the starting process.
  • the speed can be exceeded by a timer
  • Internal combustion engine can be determined.
  • diagnosis is based on the performance information and on the basis of the rotational speed 1 - 1 n form a diagnosis of the
  • the starting process can be successful (if the engine was started) or unsuccessful (if the internal combustion engine has not been started) run.
  • Processing unit may be configured to determine one or more indications of the cause of an unsuccessful boot process.
  • the power information in particular the starter voltage
  • the speed information in particular the speed
  • a reliable and precise analysis of the state of a starter, an internal combustion engine and / or a vehicle electrical system with respect to a starting operation can be determined become.
  • the vehicle operation can be configured to determine at least one map point in a map of the starter on the basis of the power information and on the basis of the rotational speed information.
  • the map may indicate a relationship between the electrical power of the starter and the expected speed of the engine.
  • the Ken nfeld can indicate a relationship between the torque or the starter current of the starter and the speed of the engine or the starter.
  • the Ken field of the starter may have been previously detected by measurements and stored in a memory unit (e.g., a memory unit of a vehicle).
  • the map of a starter typically depends on the internal combustion engine. which the starter drives.
  • the map may include a plurality of characteristics for a plurality of different types of panes (i.e., different voltage values of the starter voltage). It can be a Kennie ie
  • a characteristic curve can thus be selected from the plurality of characteristic curves. From the Di e h zah I - 1 n form at i o n (in particular the speed of the
  • Combustion engine at the start process then results in a point on the selected characteristic.
  • This point can be the map point of the
  • the diagnosis of the starting process and / or the starter can then be carried out on the basis of the position of the map point within the map. This enables a particularly efficient and precise diagnosis.
  • the Ken nfeld the starter may include a plurality of different areas or may be divided into a plurality of different areas.
  • the different areas can each be about
  • Torque and / or current ranges or starter voltage ranges extend.
  • Performing the diagnosis may include determining in which region of the map the map point of the launch event falls. The determined area may then display information relating to the startup process.
  • the Ken nfeld the starter the relationship between the torque or the starter current on the one hand and the speed of the engine on the other hand.
  • the map can be crossed by the plurality of Kennl inia for the plurality of different starter voltages.
  • the ranges can be limited on the one hand by one or more transverse characteristics and on the other hand by one or more parallel to the torque / starter current axis extending straight line for a constant speed.
  • the areas can thus be at least partially trapezoidal.
  • the characteristics may also have other characteristics (e.g., convexity) so that arbitrarily shaped regions may result.
  • a first tarter span, gs value may be such that the tarter span is now below the first species span Indication of insufficient electric power for the starter during a starting process. With a starting voltage below the first starter voltage value, therefore, typically no successful starting operation can be effected.
  • a second starter voltage value may be such that starter voltages above the second starter voltage value are an indication of ei ne
  • a power interruption voltage value may be defined, wherein the power interruption voltage value is such that starter voltages below the voltage start point are an indication of power interruption of the electrical power to the starter.
  • a starter voltage below the power cut voltage value may thus indicate a problem with the power supply of the starter.
  • the first starting voltage is lower than the second starting value, and greater than the maximum starting voltage.
  • a minimum speed threshold value can be defined such that speeds below the minimum speed threshold value are an indication of a power interruption of the starter.
  • a first speed threshold value can be set such that speeds below the first speed value represent an indication of a blockage of the starter.
  • a second speed threshold may be defined such that speeds above the second speed threshold typically result in a start of the engine.
  • the second speed threshold may be a minimum speed for a successful start of the engine.
  • the first speed threshold is typically greater than the minimum speed 1 - threshold! value and less than the second speed threshold.
  • the number of areas may e.g. a first range for a starter voltage between the first trim voltage and the second starter voltage value and for a speed between the first speed threshold and the second speed threshold.
  • the first range can thus be limited by the characteristic curve for the first starter voltage value and by the characteristic value for the second type of engine voltage.
  • the first range can be defined by the straight line for the constant first rotational speed 1 and the straight line for the constant second rotational speed
  • Speed threshold may be limited.
  • the first range may indicate that the starter has experienced too high a counter-torque during the starting process, or that the starter has not been able to apply a required torque during the starting process.
  • the plurality of regions may include a second range for a starter voltage below the first engine speed and for a speed between the first speed threshold and the second speed threshold.
  • the second area may indicate that the s tarte r voltage was not sufficient for the startup process.
  • the plurality of regions may include a third region for a starter voltage above the power interrupt voltage value and for a speed below the first speed shift value.
  • the third area may indicate that the starter was blocked during the startup process.
  • the plurality of regions may include a fourth region for a starter voltage below the first starter voltage value and for a rotational speed above the second rotational zh I threshold value. The fourth area may indicate that a future startup operation is at risk due to insufficient starter electrical power.
  • the plurality of regions may include a fifth region for a starter voltage above the second starter voltage value.
  • the fifth range may indicate that the starter voltage is too high and could affect and / or damage the starter.
  • the plurality of regions may include a sixth range for a starter voltage between the first carrier value and the second starter voltage value and for a speed above the second speed threshold.
  • the sixth area may indicate that the starter, the internal combustion engine and / or the electrical system for electrical
  • the plurality of regions may include a seventh range for a starter voltage below the power cut voltage value and for a speed below the minimum speed spark value.
  • the seventh area may indicate that during the boot process a
  • the processing at this point may thus be arranged to determine, based on the power information, whether the starting voltage during the starting process was above or below the power interruption voltage value. and / or whether the starter Voltage in the starting process was above or below the first starter voltage value and / or whether the starter voltage at the start process was above or below the second starter voltage value.
  • the processing unit may be configured to determine on the basis of the rotational speed information whether the rotational speed of the racing engine was above or below the minimum rotational speed threshold during the starting process. and / or whether the speed of the verb re engine during the starting process was above or below the first speed threshold. and / or whether the speed of the internal combustion engine during the starting process was above or below the second speed threshold.
  • the diagnosis of a start process can thus be done efficiently by comparison operations.
  • an output may be made with respect to the diagnosis (e.g., in a vehicle's fault reader and / or via a user interface of a vehicle).
  • the output can indicate the area where the map point of a startup is located.
  • a monitor is described in detail for monitoring an electrically operated starter, which is set up to drive an internal combustion engine during a starting operation.
  • Processing unit may include one or more features of another processing unit described in this document.
  • the video unit is set up. Determining power information related to electric power supplied to the starter during a starting operation of the internal combustion engine.
  • the power unit can display the amount of energy that was supplied to the starter during a startup.
  • the processing unit is set up on the basis of a thermal model of the starter A bk h h 1 - 1 n I rma tion with respect to thermal Determine performance, which is discharged by the starter between the startup and a subsequent startup.
  • the processing in it can then be done on the basis of the performance information for a sequence of starts and on the basis of the A bk h h 1 - 1 n form ation for the sequence of starts.
  • Determine energy information relating to an amount of energy accumulated in the starter at a particular time.
  • the calibration unit can then initiate a measure to protect the starter depending on the energy information or on the cumulative amount of energy. In particular, it can be determined whether the cumulative amount of energy at the specific time is greater or less than a threshold value. It can then when reaching or exceeding one or more
  • one or more different measures can be initiated. For example, when reaching or
  • a warning of an imminent overload of the starter as a measure is effected.
  • a second (higher) energy threshold value is reached or exceeded as a protective measure, another starting procedure can be prevented (for example, until the cumulative amount of energy falls below a specified energy threshold). It can thus be enabled safe operation of a starter.
  • the cumulative amount of energy one can assume a (mean) positive amount of energy which is supplied to the starter during operation of the starter per unit of time.
  • a (mean) negative amount of energy per unit time which is taken from the starter when not in operation.
  • the energy information can be directly based on the Time to be determined, the starter was in operation. and based on the time that the launch was not in service. It is thus possible a particularly efficient monitoring of the starter.
  • a control unit is described for monitoring an electrically-powered starter configured to drive an internal combustion engine during a startup operation.
  • Processing beauty may include one or more features of your other processing unit described in this document.
  • the start time may indicate the duration of a startup (until a successful start of the startup time)
  • the rest period may indicate the time period between two consecutive (successful or unsuccessful) start ups.
  • the processing may further be arranged to perform a statistical analysis of the plurality of start durations and / or the plurality of rest durations. In particular, a statistical distribution of the start time durations and / or the rest durations can be determined. Furthermore, a mean start time duration and / or an average rest time duration can be determined.
  • a measure with respect to the starter causes For example, in the event of too high a mean start time period (which is above a start time duration threshold value), an indication can be output that the starter or the entire battery is running
  • Starting system of starter, internal combustion engine and electrical system should be maintained (to eliminate an impairment and to shorten the start time). Furthermore, if too short a mean resting time period (which is below a resting time duration threshold), an indication may be issued that the starter should be replaced early (since the starter load is extremely high).
  • a road vehicle in particular a passenger car or a truck or a bus or a motorcycle
  • a processing unit described in this document.
  • SW software program
  • the SW program may be set up to be executed on a processor (e.g., on a controller of a vehicle) and to execute one of the methods described in this document.
  • a storage medium is described.
  • Storage medium may include an SW program that is set up to be executed on a processor and thereby execute one of the methods described in this document. It should be noted that the procedures described in this document.
  • Devices and systems both alone and in combination with other methods described in this document.
  • Devices and systems can be used.
  • any aspects of the procedures described in this document may be used.
  • Devices and systems are combined in a variety of ways.
  • the features of the claims can be combined in a variety of ways.
  • the invention will be described in more detail with reference to exemplary embodiments. Show
  • FIG. 1 shows an exemplary electrical system of a vehicle with a starter for an internal combustion engine.
  • FIG. 2 shows exemplary characteristics of a starter
  • Fig. 3 is an exemplary energy history of a starter in a sequence of start attempts
  • FIG. 4a shows an exemplary statistical distribution of the start durations of a starter
  • FIG. 4b shows an exemplary statistical distribution of the rest durations of a starter between directly successive start attempts.
  • FIG. 5 shows a flow chart of an exemplary method for checking a starter.
  • FIG. 1 shows
  • the electrical system 100 typically has a nominal voltage of 12V - 14V. and is therefore often referred to as a 12V or 14V electrical system.
  • the on-board network 100 may be e.g. have a vehicle electrical system voltage of 48V.
  • the vehicle electrical system 100 includes one or more electrical consumers 10 (eg an infotainment system, an air conditioning system, etc.). which are supplied with electrical energy from the electrical system 100.
  • the electrical system 100 may include one or more energy storage 106, 1 07 for storing electrical energy.
  • the vehicle electrical system 100 includes a lead-acid battery 106 that can be used to support the vehicle electrical system voltage and provide electrical energy for a starter 105 of a Verbre n Vietnamesesmo sector 103 of the vehicle.
  • the starter 105 can be operated in order to mechanically drive the internal combustion engine 103 during a starting operation (the mechanical connection used for this purpose to the crankshaft of the internal combustion engine 103 is not shown in FIG. 1).
  • the electrical system 100 also includes a generator 104, via the
  • Internal combustion engine 103 is driven to convert kinetic energy into electrical energy, which electrical energy may be used to operate the one or more consumers 108 and / or into the
  • Energy storage 106, 107 can be stored. In overrun phases (e.g., downhill) in which the generator 104 indirectly over the
  • the on-board network 100 further comprises a control unit 101 (also referred to herein as processing in this document), which is set up to control one or more of the components of the vehicle electrical system 100.
  • the control unit 101 may be configured to drive the starter 105 in response to a start signal 1 1 3 (generated, for example, by ignition)
  • the starter voltage 1 12 at the starter 105, the starter current 1 1 1 in the starter 105 and / or the speed of the starter 1 05 can be detected by one or more suitable measuring units (eg, each as time course over the duration of the startup process).
  • suitable measuring units eg, each as time course over the duration of the startup process.
  • a starter 1 05 can be overloaded during repeated unsuccessful attempts to start or start operations and thereby damaged.
  • An overload of the starter can be detected, for example, by a temperature monitoring by means of a dedicated temperature sensor and possibly avoided. However, this is associated with an increased effort.
  • a temperature sensor for monitoring the starter temperature can be saved.
  • Fig. 2 shows exemplary relationships 230 between the torque M and the current I 111 of a starter 105 and the speed n 210 of the starter 105 for different voltages 1 1 2 at the starter 105.
  • Each of the lines sloping to the right represents the torque / current speed relationship 230 for a particular starter voltage 1 1 2 (ie for a certain vehicle electrical system voltage).
  • the torque or the current 111 drops with increasing speed 210.
  • Relationships 230 are used in this document as identifiers for
  • the voltage 1 12 at the starter 105 can be detected. From the value of the voltage 112 results in a
  • Torque / Current - Speed Kennlin ie 230 Furthermore, the speed 2 1 0 can be determined, which could be achieved during the starting process.
  • a map point in the map 200 shown in FIG. 2 can be determined. From the location of the map point in the map 200, information regarding the cause of a possible false start can be obtained.
  • different regions 24147 have been defined:
  • a first range 241 lies between the torque / current speed characteristic curve 230 for a first starter span value 22 1 and the
  • Characteristic curve 230 for a second starter voltage value 222 is between a first speed threshold value 2 1 1 and a second speed threshold value 212.
  • the second speed limit value 2 12 correspond to the speed at which typically a start of the engine 103 takes place.
  • a second area 242 is below the torque / current
  • the second range 242 is between the first speed threshold 2 1 1 and the second speed threshold 2 12.
  • a third range 253 is at speeds 2 10 below the first speed threshold value 2 1 1.
  • a fourth area 244 is below the torque / current
  • the second region 242 is at speeds above the second speed threshold 2 12.
  • a sixth area 246 is between the torque / current
  • a seventh range 247 is near zero at a starter voltage 112 and near zero at a speed of 2 10.
  • different information concerning the start process can be determined:
  • First range 241 The starter voltage 1 1 2 was sufficient for a starting process and yet the required speed 2 1 0 could not be achieved for a successful starting process. This may be because the starter 105 has been exposed to a too large counter-torque or that the starter 105 due to a defect the required
  • Second area 242 The starter voltage 1 12 was not high enough for a successful startup. There is thus a defect or a shortage of the on-board network 100.
  • the speed 2 10 was below the first speed threshold 2 1 1 (which may be, for example, 20% or less of the second speed threshold 2 12) and was thus particularly low. although possibly the starter voltage 1 12 was sufficiently high. The starter 1 05 was thus blocked (for example, by a blockade of the first speed threshold 2 1 1 (which may be, for example, 20% or less of the second speed threshold 2 12) and was thus particularly low. although possibly the starter voltage 1 12 was sufficiently high. The starter 1 05 was thus blocked (for example, by a blockade of the first speed threshold 2 1 1 (which may be, for example, 20% or less of the second speed threshold 2 12) and was thus particularly low. although possibly the starter voltage 1 12 was sufficiently high. The starter 1 05 was thus blocked (for example, by a blockade of the first speed threshold 2 1 1 1 (which may be, for example, 20% or less of the second speed threshold 2 12) and was thus particularly low. although possibly the starter voltage 1 12 was sufficiently high. The starter 1 05 was thus blocked (for example, by a blockade
  • the starter voltage 112 is so small that a power interruption in the power supply to the starter 105 can be assumed.
  • analyzing the location of a map point for a .Startvorgang in a map 200 of the starter 105 can thus in an efficient and precise manner state information about the state of the starting system, ie the starter 1 05.
  • Map 200 to analyze.
  • a .Schutzfunktion can be provided to prevent the overloading of a starter 1 05.
  • an efficient and reliable method is provided to analyze the failure cause of an unsuccessful startup process.
  • Motor electronics of a vehicle are provided to prevent the damage or destruction of the starter 1 05. Furthermore, diagnostics during a start-up procedure may facilitate troubleshooting and prevent the unauthorized replacement of a starter 105.
  • the analysis of engine starts during operation of a vehicle can be improved. eg in relation to the number of starts. in terms of the time behavior of
  • a map 200 of the starter 1 05 can be divided into different areas, with a second (maximum permissible S tarter Span n n gs value 222 (to avoid a
  • a first (minimum allowable) starting voltage value 221 for enabling the starting capability
  • a first delay time 1 - threshold value 2 1 I also as B lock-up speed 1-swinging value
  • a second rotational speed 1 - threshold value 2 12 (representing a starting capability lower limit with respect to the minimum required rotational speed 210 for a required starting operation of the internal combustion engine 103).
  • Vehicle electrical system voltage 1 1 2 was not high enough and thus the required speed 2 1 0 could not be achieved.
  • a sixth area 246 describes a successful starting process, wherein in a subarea above the center of gravity of the characteristic circuit 230 with the designation IV an excessively high current II 1 has tended to flow into the starter 105, which points to a l can lead to too high a counter-momentum.
  • an excessively high current II 1 has tended to flow into the starter 105, which points to a l can lead to too high a counter-momentum.
  • the sub-range below the Deh h m o m e n t - D e h zah 1 Kennl inie 230 designated IV from a perfect startup procedure can be assumed.
  • diagnoses which may possibly be made on the basis of the position of the map point, are: the existence of a start attempt in the case of property protection of the vehicle; the presence of a start attempt when there is a low pressure in the fuel system; and / or the presence of a start attempt
  • the diagnosis of a start process can be subdivided into different time periods. After initiating the boot process, a specific window of time may first be awaited before a map point of the boot process is determined (e.g., 100ms or more). This makes it possible to hide unreliable measured values at the start of a startup process
  • the map point can then be determined in a precise manner, the map point being e.g. which corresponds to the maximum speed achieved during the starting process.
  • the map point on the rotation mode / D eh zah 1 - Ken n 1 i n i e 230 for the starter voltage 1 12 can be at the start of the starting process (possibly after the above-mentioned time window has elapsed).
  • the starter diagnosis described in this document does not change the actual starting cascade. In particular, no additional time is required. which a starter 105 needs to face for startup problems. Therefore, the technological limits of a starter can be fully utilized 1 05 vol to allow the maximum availability of the starting system. The technological limit of the starter 105 is in the maximum possible energy never reach of the starter 105 before the starter 105 overheats (and then typically there is a total failure of the starter 105).
  • FIG. 3 shows an exemplary time profile 310 of the (thermal) energy 300 of a starter 105 (ie, the cumulative amount of energy or of the energy)
  • the (electrical) energy that is supplied to the starter 105 can be determined. This results from the starter voltage 1 12 and the starter current 1 1 1. Possibly. the energy supplied can be determined during a starting process on the basis of the starter voltage 112 and the characteristic 230 of the starter 105 for this starter voltage 1 1 2. So can be dispensed with a measurement of the starter current I I 1. Furthermore, typically the duration of the startup process
  • a starting process leads to an increasing part 3 1 1 of the time course 310 of the (cumulative) energy 300 of the starter 105.
  • the cooling of the starter 105 may be described by a (previously determined) thermal model of the starter 105.
  • a thermal model of the starter 105 For example, between two starting operations, there is a decreasing portion of the time course 3 10 of the (cumulative) energy 300 of the starter 105.
  • the amount of energy withdrawn from the starter 105 depends on the time between two directly successive starting operations.
  • the time course 3 10 of the (thermal) energy 300 stored in a starter 1 05 can thus be based on the starter voltage 112 and a
  • thermal model of the starter 105 for a sequence of (possibly unsuccessful) starting operations are determined. It can then be determined at a certain time whether the (thermal) energy 300 of the starter 105 has an energy threshold 301. Reaches or exceeds 302.
  • a first energy threshold value 30 1 for example, a warning message can be output to a user of the starter 105, w obei the warning indicates that an overload of the starter 105 threatens.
  • a second energy threshold 302 is a blockage of the starter 105th
  • the blocking may e.g. for a certain blocking period.
  • the blockage may occur until the energy 300 of the starter 105 has fallen below a specified level (eg, the first energy threshold 301).
  • a reliable protection for a starter 105 can be provided.
  • FIGS. 4a and 4b show exemplary statistical evaluations of starting processes.
  • FIG. 4a shows a statistical distribution 402 of the start durations
  • FIG. 4 a shows a continuous probability distribution 402. Typically, for different discrete ranges of start durations 400, the respective frequencies 401 are determined. From the distribution 402, the average start time 403 of starts can also be determined.
  • the distribution 402 of Figure 4a may be determined with a moving window (e.g., based on the last N)
  • a temporal evolution of the start durations 400 can be determined.
  • the temporal development of the mean start time 403 can be determined.
  • the middle start time 403 may be a time duration threshold
  • FIG. 4b shows the (discrete) distribution 412 of the silence period 410 between two directly successive boot processes.
  • the distribution 412 can be determined with a sliding window of the last N starts.
  • an average rest period 413 between two consecutive start operations can be determined.
  • Distribution 412 may be used to check whether the starter 105 is in accordance with a sizing provided for the starter 105 in terms of a maximum number of starts per unit time (e.g., per minute) and / or in relation to a maximum total number of starts over the
  • Life of the starter 105 is used. Thus, it may be determined whether the probability of failure of the starter 105 is relatively high or relatively low (depending on whether the average rest period 413 is relatively low or relatively high, respectively). Further, based on the average silence period 413, it may be determined whether the altitude in FIG. 1 is relatively high or relatively low for overloading the starter 105 (depending on whether the average silence period 413 is relative) low or relatively high).
  • a statistics function for a starter 105 can be set.
  • the aim of the statistics function is, among other things, to assess the quality of the launches based on the start time 400 of the launches.
  • the load of the starter 105 may be determined in the time between starts (e.g., based on the rest period 410 between starts). From the quality of the boot processes (via the distribution 402) and the load of the starter 105 (via the distribution 412), e.g. Optimizations in the design of a starter 1 05 and / or measures to reduce failures are derived.
  • FIG. 5 shows a flowchart of an exemplary method 500 for
  • the starter 105 is set up to burn a combustion engine 103 at one
  • Startup process to drive In particular, it can be brought about by the starter 105 that the rotational speed 210 of the internal combustion engine 103 is brought to a value above a second dodge threshold 212, wherein the
  • Combustion engine 103 is typically started at speeds 2 1 0 above the second speed threshold 2 12, and then can be operated without the support of the starter 1 05 alone due to the fuel combustion process.
  • the method 500 includes determining 501 power information relating to electric power supplied to the starter 105 during startup of the racing motor 103.
  • the starting torque can indicate the starter voltage 1 1 2 which is applied to the starter 105 for the starting process.
  • the method 500 includes determining 502 rotational speed ⁇ in relation to a rotational speed 2 1 0 of the internal combustion engine 103 during the starting process.
  • the speed information may indicate the maximum speed reached 2 10 during the startup process.
  • the method 500 includes performing 503 a diagnosis of the startup operation and / or the starter 105 based on the performance information and based on the speed information. In particular, on the basis of the performance information and on the basis of the rotational speed, information can be determined with regard to the cause of an unsuccessful or erroneous starting process.

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Abstract

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

Description

Verarbeitungseinheit zur Überwachung eines Starters für einen
Verbrennungsmotor
Die Erfindung betrifft eine Verarbeitungseinheit und ein entsprechendes
Verfahren zur Überwachung eines Starters für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs.
Ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor weist typischerweise einen Starter auf, der dazu verwendet wird, den Verbrennungsmotor anzudrehen, damit mindestens ein Ansaug- und Verdichtungstakt durchgeführt wird und damit der Verbrennungsmotor starten kann. Der Starter umfasst typischerweise einen elektrischen Motor, insbesondere einen Gleichstrommotor, der mit elektrischer Energie aus einem elektrischen Bordnetz (insbesondere einen Niedervolt- Bordnetz bei einer Bordnetzspannung von 60V oder weniger, typischerweise 12V oder 48V) des Fahrzeugs betrieben wird.
Der Fahrer eines Fahrzeugs kann eine Zündung des Fahrzeugs betätigen (z.B. über einen Start- nopf des Fahrzeugs). In Reaktion darauf wird der Starter veranlasst, die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors anzutreiben, um den Verbrennungsmotor bis zur Startdrehzahl des Verbrennungsmotors zu beschleunigen, damit der Verbrennungsmotor starten kann.
Es kann vorkommen, dass der Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs nicht durch den Starter auf die notwendige Startdrehzahl beschleunigt werden kann oder trotz der erreichten, erforderlichen Startdrehzahi der Startvorgang erfolglos war. Mit anderen Worten, es kann sein, dass ein Startvorgang erfolglos ist, und der Verbrennungsmotor nicht gestartet werden kann. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, in präziser und effizienter Weise den Starter für einen Verbrennungsmotor zu überprüfen, insbesondere um
Startschwierigkeiten eines Verbrennungsmotors zu verhindern.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte A u s f ü hrungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem
unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Tei lmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Te i I u ngsan me I d u n g oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Gemäß einem Aspekt wird eine Verarbeitungseinheit zur Überwachung eines elektrisch betriebenen Starters beschrieben. Die V e rarbe i tu n g s e i n h e i t kann ein oder mehrere Merkmale einer anderen in diesem Dokument beschriebenen Verarbe i tu n gse i nhe i t aufweisen. Der Starter ist eingerichtet, einen
Verbrennungsmotor bei einem Startvorgang anzutreiben. Zu diesem Zweck umfasst der Starter z.B. einen Elektromotor, insbesondere einen
Gleichstrommotor, dem elektrische Leistung zugeführt werden kann, um ein Drehmoment zum Antrieb der Kurbelwel le des Verbrennungsmotors zu generieren. Für einen Startvorgang kann ein Nutzer über eine Nutzerschnittstelle (z.B. über ein Zündschloss oder über einen Startknopf) veranlassen, dass dem Starter aus einem Bordnetz, insbesondere aus dem elektrischen Bordnetz eines Fahrzeugs, elektrische Leistung zugeführt wird. Der Verbrennungsmotor ( insbesondere die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ) wird daraufhin von dem Starter angetrieben. Nach einer bestimmten Zeitdauer kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors ausreichend hoch für einen Start des Verbrennungsmotors sein. Der Verbrennungsmotor wi d nach einem erfolgreichen Startvorgang typischerweise ausschließlich über den Verbrennungsprozess des
Verbrennungsmotors angetrieben. Andererseits kann es vorkommen, dass ein Startvorgang erfolglos ist, und kein Start des Verb en n u n gs mo tors erfolgt. Die Verarbeitungseinheit kann eingerichtet sein. Information in Bezug auf eine Ursache eines erfolglosen Startvorgangs zu ermitteln.
Die Verarbeitungseinheit ist eingerichtet, Leistungs-Information in Bezug auf elektrische Leistung zu ermitteln, die dem Starter während eines Startvorgangs des Verbrennungsmotors zugeführt wi d. Die elektrische Leistung hängt typischerweise von der Starter-Spannung ab. die an dem Starter anliegt und/oder von dem Starter-Strom, der in den Starter fließt. Insbesondere ergibt sich die elektrische Leistung aus dem Produkt der Starter-Spannung und dem Starter- Strom. Die Leistungs-Information kann die Starter-Spannung während des Startvorgangs, insbesondere zu Beginn des Startvorgangs, anzeigen. Durch die an dem Starter anliegende Starter-Spannung kann ein bestimmter Drehmoment /
Drehzahl Zusammenhang des Starters bewirkt werden (der typischerweise durch eine entsprechende Kennlinie beschrieben wi d ). Der Wert der Starter-Spannung kann du ch eine Spannungsmesseinheit er asst werden.
Die Verarbeitungseinheit kann weiter eingerichtet sein. Drehzahl-Information in Bezug auf die Drehzahl des Verbrennungsmotors während des Startvorgangs zu ermitteln. Die Drehzahl- Information kann die Drehzahl, insbesondere die ma imale Drehzahl, des Verbrennungsmotors während des Startvorgangs anzeigen. Die Drehzahl kann über eine D eh zah 1 me s se i n he i t des
Verbrennungsmotors ermittelt werden.
Außerdem ist die V e rarbe i t u n g s e i n h e i t ei ngerichtet, auf Basis der Leistungs- Information und auf Basis der Dreh zah 1 - 1 n form at i on eine Diagnose des
Startvorgangs und/oder des Starters durchzuführen. Der Startvorgang kann erfolgreich (wenn der Verbrennungsmotor gestartet wurde ) oder erfolglos (wenn der Verbrennungsmotor nicht gestartet wurde) verlaufen sein. Die
Verarbeitungseinheit kann eingerichtet sein, ein oder mehrere Indizien für die Ursache eines erfolglosen Startvorgangs zu ermitteln. Durch die Berücksichtigung der Leistungs-Information ( insbesondere der Starter- Spannung ) in Kombination mit der Drehzahl- Information ( insbesondere der Drehzahl ) kann eine zuverlässige und präzise Analyse des Zustands eines Starters, eines Verbrennungsmotors und/oder eines Bordnetzes in Bezug auf einen Startvorgang ermittelt werden.
Die V e r arbe i t u n g s e i n h e i t kann eingerichtet sein, auf Basis der Leistungs- Information und auf Basis der Drehzahl- Information zumindest einen Kennfeld- Punkt in einem Kennfeld des Starters zu ermitteln. Dabei kann das Kennfeld einen Zusammenhang zwischen der elektrischen Leistung des Starters und der erwarteten Drehzahl des Verbrennungsmotors anzeigen. Insbesondere kann das Ken nfeld einen Zusammenhang zwischen dem Drehmoment bzw. dem Starter- Strom des Starters und der Drehzahl des Verbrennungsmotors bzw. des Starters anzeigen. Das Ken nfeld des Starters kann im Vorfeld durch Messungen erfasst und in einer Speichereinheit (z.B. einer Speichereinheit eines Fahrzeugs ) abgespeichert worden sein. Das Kennfeld eines Starters hängt typischerweise von dem Verbrennungsmotor ab. den der Starter antreibt.
Das Kennfeld kann eine Mehrzahl von Kennlinien für eine Mehrzahl von unterschiedlichen S t arte - S pan n u n ge n (d.h. für unterschiedl iche Spannungswerte der Starter-Spannung) umfassen. Dabei kann eine Kennlin ie einen
Zusammenhang zwischen einem von dem Starter erzeugten Drehmoment bzw. einem dem Starter zugeführten Strom und einer von dem Starter bewirkten bzw. zu bewirkenden Drehzahl des Verbrennungsmotors anzeigen (typischerweise für den Fall eines korrekt funktionierenden Starters ). Auf Basis der Leistungs- Information ( insbesondere auf Basis des Spannungswertes der Starter-Spannung ) kann somit eine Kennlinie aus der Mehrzahl von Kennlinien ausgewählt werden. Aus der Di e h zah I - 1 n form at i o n ( insbesondere der Drehzahl des
Verbrennungsmotors bei dem Start Vorgang ) ergibt sich dann ein Punkt auf der ausgewählten Kennlinie. Dieser Punkt kann dem Kennfeld-Punkt des
Startvorgangs entsprechen. Die Diagnose des Startvorgangs und/oder des Starters kann dann auf Basis der Lage des Kennfeld-Punktes innerhalb des Kennfelds durchgeführt werden. So kann eine besonders effiziente und präzise Diagnose ermöglicht werden.
Das Ken nfeld des Starters kann eine Mehrzahl von unterschiedlichen Bereichen umfassen bzw. kann in eine Mehrzahl von unterschiedlichen Bereichen unterteilt sein. Die unterschiedl ichen Bereiche können sich dabei jewei ls über
unterschiedliche Dreh zah 1 - Bere i che und/oder Leistungs-Bereiche bzw.
Drehmoment- und/oder Strom-Bereiche bzw. Starter-Spannungs-Bereiche erstrecken. Das Durchführen der Diagnose kann das Ermitteln umfassen, in welchen Bereich des Kennfeldes der Kennfeld-Punkt des Startvorgangs fällt. Der ermittelte Bereich kann dann Information in Bezug auf den Startvorgang anzeigen.
Wie bereits oben dargelegt, kann das Ken nfeld des Starters, den Zusammenhang zwischen dem Drehmoment bzw. dem Starter-Strom einerseits und der Drehzahl des Verbrennungsmotors andererseits anzeigen. Das Kennfeld kann durch die Mehrzahl von Kennl inien für die Mehrzahl von unterschiedlichen Starter- Spannungen durchkreuzt werden. Die Bereiche können einerseits durch ein oder mehrere querverlaufende Kennlinien und anderseits durch ein oder mehrere parallel zu der Drehmoment / Starter-Strom Achse verlaufende Geraden für eine konstante Drehzahl begrenzt werden. Die Bereiche können somit zumindest teilweise trapezförmig sein. Die Kennlinien können jedoch auch andere Verläufe (z.B. konvexe Verläufe ) aufweisen, so dass sich beliebig geformte Bereiche ergeben können.
Zur Festlegung der unterschiedlichen Bereiche können unterschiedliche Starter- Spannungswerte festgelegt werden. Ein erster S tarter- Span n u n gs wert kann derart sein, dass S tarter- Span n u n gen unterhalb des ersten S t arte r- S p a n n u n g s we r t e s ein Indiz für eine unzureichende elektrische Leistung für den Starter bei einem Startvorgang darstel len. Mit einer Start-Spannung unterhalb des ersten Starter- Spannungswertes kann somit typischerweise kein erfolgreicher Startvorgang bewirkt werden.
Ein zweiter Starter-Spannungswert kann derart sein, dass Starter-Spannungen oberhalb des zweiten Starter-Spannungswertes ein Indiz für ei ne
Überspannungssituation des Starters darstellen. Durch eine Starter-Spannung oberhalb des zweiten S tar ter- Span n u n g s werte s kann somit eine Schädigung und/oder Beeinträchtigung des Starters bewirkt werden.
Des Weiteren kann ein Leistungsunterbrechungs-Spannungswert definiert werden, wobei der Leistungsunterbrechungs-Spannungswert derart ist, dass Starter- Spannungen unterhalb des Le i s t u n g s u n terb ec h u n g s - S pan n u n g s we te s ein Indiz für eine Leistungsunterbrechung der elektrischen Leistung für den Starter darstellen. Eine Starter-Spannung unterhalb des Leistungsunterbrechungs- Spannungswertes kann somit auf ein Problem bei der Energieversorgung des Starters hinweisen. Typischerweise ist der erste Starter-Span n u ngswert kleiner als der zweite Starte r- S pan n u n gs wert und größer als der Le i s t u n g s u n terb rech u n g s - Spannungswert.
In entsprechender Weise können unterschiedliche Drehzahl-Schwellenwerte definiert werden. Ein Mindest-Drehzahl-Sch wellen wert kann derart definiert sein, dass Drehzahlen unterhalb des Mindest- Drehzahl-Schwellenwertes ein Indiz für eine Leistungsunterbrechung des Starters darstellen. Des Weiteren kann ein erster Drehzahl-Schwellenwert derart festgelegt werden, dass Drehzahlen unter dem ersten Drehzah I-Sch wel len wert ein Indiz für eine Blockade des Starters darstellen. Außerdem kann ein zweiter Drehzahl-Schwellenwert derart definiert sein, dass Drehzahlen über dem zweiten Drehzahl-Schwellenwert typischerweise zu einem Start des Verbrennungsmotors führen. Der zweite Drehzahl-Schwellenwert kann eine Mindestdrehzahl fü einen erfolgreichen Start des Verbrennungsmotors sein. Der erste Drehzahl-Schwellenwert ist typischerweise größer als der Mindest- Dreh zah 1 - Sc h we I ! en wert und kleiner als der zweite Drehzahl-Schwellenwert.
Durch die Kennlinien der unterschiedlichen Starter-Spannungswerte und durch die Geraden der unterschiedlichen Dreh zah 1 - Seh wel le n werte können
unterschiedliche ( n icht-übei appende ) Bereiche des Kennfelds definiert werden.
Die Meh zahl von Bereichen kann z.B. einen ersten Bereich für eine Starter- Spannung zwischen dem ersten S tarte r- Span n u n g s we rt und dem zweiten Starter- Spannungswert sowie für eine Drehzahl zwischen dem ersten Drehzahl- Schwellenwert und dem zweiten Drehzahl-S c h w e 11 e n w e rt umfassen. Der erste Bereich kann somit durch die Kennlinie für den ersten Starter- Span n u n gs wert und durch die Kennl inie für den zweiten S t arte r- Span n u n g s we rt begrenzt sein. Des Weiteren kann der erste Bereich durch die Gerade für den konstanten ersten Drehzah 1 - Sch wel 1 en weil und durch die Gerade für den konstanten zweiten
Drehzahl-Schwellenwert begrenzt sein. Der erste Bereich kann anzeigen, dass der Starter bei dem Startvorgang einem zu hohen Gegenmoment ausgesetzt war oder dass der Starter bei dem Startvorgang ein erforderliches Drehmoment nicht aufbringen konnte.
Die Mehrzahl von Bereichen kann einen zweiten Bereich für eine Starter- Spannung unterhalb des ersten S tarte r- S pa n n u n g s we rte s und für eine Drehzahl zwischen dem ersten Drehzah 1 -Sch wel len wert und dem zweiten Drehzahl- Sch wel lenwert umfassen. Der zweite Bereich kann anzeigen, dass die S tarte r- Spannung nicht ausreichend für den Startvorgang war.
Die Mehrzahl von Bereichen kann einen dritten Bereich für ei ne Starter-Spannung oberhalb des Leistungsunterbrechungs-Spannungswertes und für eine Drehzahl unterhalb des ersten Drehzahl-Sch w e 11 e n w e r t e s umfassen. Der dritte Bereich kann anzeigen, dass der Starter bei dem Start Vorgang blockiert war. Die Mehrzahl von Bereichen kann einen vierten Bereich für eine Starter- Spannung unterhalb des ersten Starter-Spannungswertes und für eine Drehzahl oberhalb des zweiten Dreh z h I -Sch we 1 le n wertes umfassen. Der vierte Bereich kann anzeigen, dass ein zukünftiger Start Vorgang aufgrund einer unzureichenden elektrischen Leistungsversorgung des Starters gefährdet ist.
Die Mehrzahl von Bereichen kann einen fünften Bereich für eine Starter- Spannung oberhalb des zweiten Starter-Spannungswertes umfassen. Der fünfte Bereich kann anzeigen, dass die Starter-Spannung zu hoch ist und den Starter beeinträchtigen und/oder schädigen könnte.
Die Mehrzahl von Bereichen kann einen sechsten Bereich für eine Starter- Spannung zw ischen dem ersten S tarter- S pan n u ngs wert und dem zweiten Starter- Spannungswert und für eine Drehzahl oberhalb des zweiten Drehzahl- Schwellenwertes umfassen. Der sechste Bereich kann anzeigen, dass der Starter, der Verbrennungsmotor und/oder das Bordnetz zur elektrischen
Energieversorgung des Starters in Ordnung sind bzw. korrekt funktionieren.
Die Mehrzahl von Bereichen kann einen siebten Bereich für eine Starter- Spannung unterhalb des Leistungsunterbrechungs-Spannungsw ertes und für eine Drehzahl unterhalb des Mindest-Drehzahl-Sch weilen wertes umfassen. Der siebte Bereich kann anzeigen, dass während des Startvorgangs eine
Leistungsunterbrechung des Starters vorlag. Durch die Festlegung von unterschiedl ichen Bereichen des Kennfelds kann eine effiziente und präzise Diagnose eines Startvorgangs erfolgen. So kann in präziser Weise die Ursache für einen erfolglosen Startvorgang ermittelt werden
Die Verarbe i t u ngse i n he i t kann somit eingerichtet sein, auf Basis der Leistungs- Information zu ermitteln, ob die Starter-Spannung bei dem Startvorgang über oder unter dem Leistungsunterbrechungs-Spannungswert lag. und/oder ob die Starter- Spannung bei dem Startvorgang über oder unter dem ersten Starter- Spannungswert lag und/oder ob die Starter-Spannung bei dem Start Vorgang über oder unter dem zweiten Starter-Spannungswert lag. Des Weiteren kann die Verarbeitungseinheit eingerichtet sein, auf Basis der Drehzahl-Information zu ermitteln, ob die Drehzahl des V e rb re n n u n g s m o t o r s bei dem Startvorgang über oder unter dem Mindest-Drehzahl-Schwellenwert lag. und/oder ob die Drehzahl des Verb re n n u n g s m o t o r s bei dem Startvorgang über oder unter dem ersten Drehzahl -Schwellenwert lag. und/oder ob die Drehzahl des Verbrennungsmotors bei dem Startvorgang über oder unter dem zweiten Drehzahl-Schwellenwert lag. Die Diagnose eines Startvorgangs kann somit in effizienter Weise durch Vergleichsoperationen erfolgen.
Es können dann in Abhängigkeit der Diagnose ein oder mehrere Maßnahmen durchgeführt werden, um die Wahrsche i n 1 ichke i t dafür, dass ein zukünftiger Startvorgang erfolgreich ist, zu erhöhen. Insbesondere kann eine Ausgabe bezügl ich der Diagnose erfolgen (z.B. in einem Feh lerspe icher eines Fahrzeugs und/oder über eine Nutzerschnittstelle eines Fahrzeugs ). Die Ausgabe kann den Bereich anzeigen, in dem der Kennfeld-Punkt eines Startvorgangs liegt. Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine V erarbe i t u n g se i n h e i t zur Überwachung eines elektrisch betriebenen Starters beschrieben, der eingerichtet ist, einen Verbrennungsmotor bei einem Startvorgang anzutreiben. Die
Verarbeitungseinheit kann ein oder mehrere Merkmale einer anderen in diesem Dokument beschriebenen Verarbeitungseinheit aufweisen.
Die V e rarbe i t u n g s e i n h e i t ist eingerichtet. Leistungs-Information in Bezug auf elektrische Leistung zu ermitteln, die dem Starter w ährend eines Startvorgangs des Verbrennungsmotors zugeführt w ird. Die Lei s t u n g s - 1 n f orm a t i o n kann die Energiemenge anzeigen, die dem Starter während eines Startvorgangs zugeführt wurde. Des Weiteren ist die Verarbe i t u n g se i n h e i t eingerichtet, auf Basis eines thermischen Model ls des Starters A b k ü h 1 - 1 n I rma t i o n in Bezug auf thermische Leistung zu ermittel n, die von dem Starter zwischen dem Startvorgang und einem nachfolgenden Startvorgang abgeführt wird. Die Verarbe i tu ngse i n he i t kann dann auf Basis der Leistungs-Information für eine Sequenz von Startvorgängen und auf Basis der A bk ü h 1 - 1 n form at i o n für die Sequenz von Startvorgängen. Energie- Information in Bezug auf eine im Starter an einem bestimmten Zeitpunkt kumul ierte Energiemenge ermitteln. Insbesondere kann ermittelt werden, ob der Starter an dem bestimmten Zeitpunkt eine derart große Menge an (thermischer) Energie aufweist, dass der Starter geschädigt werden könnte. Die V e rarbe i t u n g s e i n h e i t kann dann in Abhängigkeit von der Energie-Information bzw. von der kumul ierten Energiemenge eine Maßnahme zum Schutz des Starters veranlassen. Insbesondere kann ermittelt werden, ob die kumul ierte Energiemenge an dem bestimmten Zeitpunkt größer oder kleiner als eine Schwellenwert ist. Es können dann bei Erreichen bzw. Überschreiten von ein oder mehreren
unterschiedl ichen Energie-Schwellenwerten ein oder mehrere unterschiedl iche Maßnahmen eingeleitet werden. Beispielsweise kann bei Erreichen bzw.
Überschreiten eines ersten Energie-Schwellenwerts ein Warnhinweis auf eine drohende Überlastung des Starters als Maßnahme bewirkt werden. Des Weiteren kann bei Erreichen bzw. Überschreiten ei nes zweiten ( höheren ) Energie- Schwel lenwerts als Sch utzmaßnah me ein weiterer Startvorgang unterbunden werden (z. B. bis die kumulierte Energiemenge unter einen besti mmten Energie- Schwellenwert absinkt ). Es kann somit ein sicherer Betrieb eines Starters ermöglicht werden. Zur Ermittlung der kumul ierten Energiemenge kann von einer ( mittleren ) positiven Energiemenge ausgegangen werden, die dem Starter bei Betrieb des Starters pro Zeiteinheit zugeführt w ird. Andererseits kann von einer ( mittleren ) negative Energiemenge pro Zeiteinheit ausgegangen werden, die dem Starter bei Nicht- Betrieb entnommen wird. So kann die an einem bestimmten Zeitpunkt kumul ierte Energiemenge im Starter in effizienter Weise mittels Zeitmessung ermittel t werden. Insbesondere kann die Energie- Information direkt auf Basis der Zeit ermittelt werden, die der Starter in Betrieb war. und auf Basis der Zeit ermittelt werden, die der Start nicht in Betrieb war. Es wird somit eine besonders effiziente Überwachung des Starters ermöglicht. Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine V erarbe i t u n g se i n h e i t zur Überwachung eines elektrisch betriebenen Starters beschrieben, der eingerichtet ist, einen Verbrennungsmotor bei einem Startvorgang anzutreiben. Die
Verarbeitungsei nheit kann ein oder mehrere Merkmale deiner anderen in diesem Dokument beschriebenen Verarbeitungseinheit aufweisen.
Die Verarbeitungseinheit ist eingerichtet, eine Vielzahl von Start-Zeitdauern und/oder eine Vielzahl von Ruhe-Zeitdauern für eine Vielzahl von zeitlich aufeinander folgenden Startvorgängen des Verbrennungsmotors zu ermitteln (z.B. für N= 1 00. 1000 oder mehr Startvorgänge ). Dabei kann die Start-Zeitdauer die Zeitdauer eines Startvorgangs anzeigen (bis zu einem erfolgreichen Start des
Verbrennungsmotors bzw. bis zu einem Abbruch des Startvorgangs ). Andererseits kann die Ruhe-Zeitdauer die Zeitdauer zwischen zwei di ekt aufeinander folgenden (erfolgreichen oder erfolglosen ) Startvorgängen anzeigen. Die Verarbe i t u n gse i n he i t kann weiter eingerichtet sein, eine statistische Analyse der Vielzahl von Start-Zeitdauern und/oder der Vielzahl von Ruhe-Zeitdauern durchzuführen. Insbesondere kann eine statistische Verteilung der Start- Zeitdauern und/oder der Ruhe-Zeitdauern ermittelt werden. Des Weiteren kann eine mittlere Start-Zeitdauer und/oder eine mittlere Ruhe-Zeitdauer ermittelt werden.
Es kann dann auf Basis der statistischen Analyse eine Maßnahme bezügl ich des Starters veranlasst werden. Beispielsweise kann bei Vorl iegen einer zu hohen mittleren Start-Zeitdauer (die oberhalb eines Start-Zeitdauer-Schwellenwertes liegt ) ein Hinweis ausgegeben werden, dass der Starter bzw. das gesamte
Startsystem aus Starter, Verbrennungsmotor und Bordnetz gewartet werden sollte ( um eine Beeinträchtigung zu beseitigen und um die Start-Zeitdauer zu verkürzen). Des Weiteren kann bei Vorliegen einer zu kurzen mittleren Ruhe- Zeitdauer (die unterhalb eines Ruhe-Zeitdauer-Schwellenwertes l iegt ) ein Hinweis ausgegeben werden, dass der Starter frühzeitig ausgetauscht werden sollte (da die Belastung des Starters ausgesprochen hoch ist).
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Straßenkraftfahrzeug ( insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das eine in diesem Dokument beschriebene Verarbeitungseinheit umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt werden Verfahren beschrieben, die den in diesem Dokument beschriebenen Verarbeitungseinheiten entsprechen. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs ) ausgeführt zu werden, und um dadu ch eines der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen. Gemäß einem weiteren Aspekt w ird ein Speichermedium beschrieben. Das
Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch eines der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen. Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren.
Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren. Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren. Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
Figur 1 ein beispielhaftes elektrische Bordnetz eines Fahrzeugs mit einem Starter für einen Verbrennungsmotor;
Figur 2 beispielhafte Kenndaten eines Starters;
Figu 3 einen beispielhaften Energieverlauf eines Starters bei einer Sequenz von Startversuchen;
Figur 4a eine beispielhafte statistische Verteilung der Start-Zeitdauern eines Starters;
Figur 4b eine beispielhafte statistische Vertei lung der Ruhe-Zeitdauern eines Starters zwischen direkt aufei n anderfol genden Startversuchen; und
Figur 5 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Überprüfung eines Starters.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der zuverlässigen und effizienten Ermittlung von Zustandsinformation bezüglich des Startsystems eines Fahrzeugs. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 1 ein
Blockdiagramm eines beispielhaften Niedervolt (NV) - Bordnetzes 100. Das Bordnetz 100 weist typischerweise eine Nennspannung von 12V - 14V auf. und wird daher häutig auch als 12V oder 14V Bordnetz bezeichnet. Alternativ kann das Bordnetz 100 z.B. eine Bordnetzspannung von 48V aufweisen.
Das Bordnetz 100 umfasst ein oder meh ere elektrische Verbraucher 1 08 (z.B. ein Infotainmentsystem. eine Klimaanlage, etc. ). die mit elektrischer Energie aus dem Bordnetz 100 versorgt werden. Das Bordnetz 100 kann zur Speicherung von elektrischer Energie ein oder mehrere Energiespeicher 106, 1 07 umfassen. In dem dargestellten Beispiel umfasst das Bordnetz 100 einen Blei-Akkumulator 106, der dazu verwendet werden kann, die Bordnetzspannung zu stützen und elektrische Energie für einen Starter 105 eines Verbre n n u n g s m o tors 103 des Fahrzeugs bereitzustellen. Wie bereits eingangs dargelegt, kann der Starter 105 betrieben werden, um den Verbrennungsmotor 103 bei einem Startvorgang mechanisch anzutreiben (die dazu verwendete mechanische Verbindung zu der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 103 ist in Fig. 1 nicht dargestellt ). Des Weiteren umfasst das Bordnetz 100 in dem dargestel lten Beispiel einen Rekuperations- Energiespeicher 107 (z.B. eine Lilonen-Batterie ). der eingerichtet ist, in zykl ischer Weise substantielle Mengen an elektrischer Energie aufzunehmen und wieder abzugeben.
Das Bordnetz 100 umfasst außerdem einen Generator 104, der über den
Verbrennungsmotor 103 angetrieben wi d, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, wobei die elektrische Energie zum Betrieb der ein oder mehreren Verbraucher 108 verwendet werden kann und/oder in den
Energiespeichern 106, 107 gespeichert werden kann. In Schubphasen (z.B. bei einer Bergabfahrt), in denen der Generator 104 mittelbar über den
Verbrennungsmotor 103 oder unmittelbar durch die Räder des Fahrzeugs angetrieben wi d, kann durch den Generator 1 04 elektrische Energie rekuperiert werden, um den Energieverbrauch des Fah zeugs zu reduzieren.
Das Bordnetz 100 umfasst ferner eines Steuereinheit 101 (in diesem Dokument auch als Verarbe i tu n gse i n he i t bezeichnet), die eingerichtet ist, ein oder mehrere der Komponenten des Bordnetzes 100 anzusteuern. Insbesondere kann die Steuereinheit 101 eingerichtet sein, in Reaktion auf ein Startsignal 1 1 3 (das z.B. durch eine Zündung generiert wi d ) den Starter 105 anzusteuern, um den
Verbrennungsmotor 103 im Rahmen eines Startvorgangs anzutreiben. Während eines Startvorgangs kann durch ein oder mehrere geeignete Messeinheiten die Starter-Spannung 1 12 an dem Starter 105, der Starter-Strom 1 1 1 in den Starter 105 und/oder die Drehzahl des Starters 1 05 erfasst werden ( z. B. jeweils als zeitlicher Verlauf über die Zeitdauer des Startvorgangs ). Beim Ausfall des Starters 105 eines Verbrennungsmotors 103 bzw. bei einem erfolglosen Startvorgang kann häufig nicht die Ursache für den Fehler identifiziert werden. Dabei ist häufig nicht der Starter 105 der eigentliche Verursacher für das NichtStarten des Verbrennungsmotors 103. Ein erfolgloser Startversuch kann dazu führen, dass ein Starter 105 unberechtigt ausgetauscht wird und dennoch die eigentliche Ursache für den erfolglosen Startversuch nicht behoben wird. Des Weiteren kann ein Starter 1 05 bei wiederholten erfolglosen Startversuchen bzw. Startvorgängen überlastet und dabei geschädigt werden. Eine Überlastung des Starter kann z.B. durch eine Temperaturüberwachung mittels eines dedizierten Temperatursensors detektiert und ggf. vermieden werden. Dies ist jedoch mit einem erhöhten Aufwand verbunden. Durch die in diesem Dokument
beschriebenen Maßnahmen kann ggf. ein Temperatursensor zur Überwachung der Starter- Temperatur eingespart werden.
Fig. 2 zeigt beispielhafte Kenndaten 200 eines Starters 1 05. Insbesondere zeigt Fig. 2 beispielhafte Zusammenhänge 230 zwischen dem Drehmoment M bzw. dem Strom I 111 eines Starters 105 und der Drehzahl n 210 des Starters 105 für unterschiedlichen Spannungen 1 1 2 an dem Starter 105. Jede der nach rechts abfallenden Linien ( insbesondere Geraden) repräsentiert den Drehmoment/Strom Drehzahl Zusammenhang 230 für eine bestimmte Starter-Spannung 1 1 2 (d.h. für eine bestimmte Bordnetz-Spannung). Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, fäl lt das Drehmoment bzw. der Strom 111 mit steigender Drehzahl 210 ab. Die
Zusammenhänge 230 werden in diesem Dokument als Kennl inien für
unterschiedl ichen Starter- Spann u n gen 112 bezeichnet.
Es kann zu Beginn eines Startvorgangs die Spannung 1 12 an dem Starter 105 erfasst werden. Aus dem Wert der Spannung 112 ergibt sich eine
Drehmoment/Strom - Drehzahl Kennlin ie 230. Des Weiteren kann die Drehzahl 2 1 0 ermittelt werden, die bei dem Startvorgang erreicht werden konnte. Es kann somit für einen Startvorgang ein Kennfeld-Punkt in dem in Fig. 2 dargestellten Kennfeld 200 bestimmt werden. Aus der Lage des Kennfeld-Punktes in dem Kennfeld 200 können Informationen in Bezug auf die Ursache für einen mögl ichen Fehlstart ermittelt werden. m in Fig. 2 dargestellten Kennfeld 200 sind unterschiedliche Bereiche 24147 definiert worden:
• Ein erster Bereich 241 l iegt zwischen der Drehmoment/Strom - Drehzahl Kennl inie 230 für einen ersten Starter- Span n u n gs wert 22 1 und der
Kennlinie 230 für einen zweiten Starter-Spannungswert 222. Außerdem liegt der erste Bereiche 241 zwischen einen ersten Drehzahl- Schwellenwert 2 1 1 und einem zweiten Drehzahl-Sch wel lenwert 212. Dabei kann der zweite D reh zah 1 - Schwel le n wert 2 12 der Drehzahl entsprechen, ab der typisch erweise ein Start des Verbrennungsmotors 103 erfolgt.
• Ein zweiter Bereich 242 liegt unterhalb der Drehmoment/Strom
Drehzahl Kennl inie 230 für den ersten Starter-Spannungswert 22 1 .
Außerdem l iegt der zweite Bereiche 242 zwischen dem ersten Dreh zahl - Schwellenwert 2 1 1 und dem zweiten Drehzahl-Schwellenwert 2 12.
• Ein dritter Bereich 253 liegt bei Drehzahlen 2 10 unterhalb des ersten Drehzahl-Schwel lenwertes 2 1 1 .
• Ein vierter Bereich 244 liegt unterhalb der Drehmoment/Strom
Drehzahl Kennlinie 230 für den ersten Starter- Span n u n gs wert 22 1 .
Außerdem l iegt der zweite Bereiche 242 bei Drehzahlen oberhalb des zweiten Drehzahl-Schwellenwert 2 12.
• Ein fünfter Bereich 245 l iegt bei Spannungen 1 1 2 oberhalb des zweiten Starter-Spannungswertes 222.
• Ein sechster Bereich 246 liegt zwischen den Drehmoment/Strom
Drehzahl Kennlinien 230 für den ersten Starter-Spannungswert 22 1 und für den zweiten Starter-Spannungswert 222.
• Ein siebter Bereich 247 liegt bei einer Starter-Spannung 112 nahe null und bei einer Drehzahl 2 10 nahe null. Je nachdem, im welchen Bereich der bei einem .Startvorgang ermittelte Kennfeld- Punkt liegt, kann unterschiedliche Information bezüglich des Startvorgangs ermittel t erden:
• Erster Bereich 241 : Die Starter-Spannung 1 1 2 w ar ausreichend für einen Startvorgang und dennoch konnte die erforderliche Drehzahl 2 1 0 für einen erfolgreichen Startvorgang nicht erreicht werden. Dies kann daran liegen, dass der Starter 105 einem zu großen Gegenmoment ausgesetzt war oder dass der Starter 105 aufgrund eines Defektes das erforderliche
Drehmoment nicht aufbauen konnte.
· Zweiter Bereich 242 : Die Starter-Spannung 1 12 war nicht ausreichend hoch für einen erfolgreichen Startvorgang. Es liegt somit ein Defekt oder eine Unterversorgung des Bordnetzes 100 vor.
• Dritter Bereich 243: Die Drehzahl 2 10 lag unter dem ersten Drehzahl- Schwellenwert 2 1 1 (der z.B. bei 20% oder weniger des zweiten Drehzahl- Schwel len wertes 2 12 liegen kann ) und war somit besonders niedrig. obwohl ggf. die Starter-Spannung 1 12 ausreichend hoch war. Der Starter 1 05 war somit blockiert (z.B. durch eine Blockade des
Verbrennungsmotors 103 oder des Starters 1 05 selbst).
• Vierter Bereich 244: Die Drehzahl 2 1 0 war ausreichend hoch für einen erfolgreichen Startvorgang, aber die Starter-Spannung 1 12 war relativ niedrig. Die Startfähigkeit für einen zukünftigen Startvorgang ist somit gefährdet.
• Fünfter Bereich 245 : Die Start-Spannung 1 12 lag über dem zweiten
Spannungswert 222 und es lag somit eine Ü bers pa n n u n g s s i t u at i o n vor, durch die der Starter 105 beeinträchtigt werden kann.
• Sechster Bereich 246: Es erfolgte ein erfolgreicher Startvorgang ohne besondere Auffälligkeiten.
• Siebter Bereich 247: Die Starter-Spannung 112 w ar derart klein, dass von einer Leistungsunterbrechung bei der Lei stungszufuhr zum Starter 105 ausgegangen werden kann. Durch die Analyse der Lage eines Kennfeld-Punktes für einen .Startvorgang in einem Kennfeld 200 des Starters 105 kann somit in effizienter und präziser Weise Zustandsinformation über den Zustand des Startsystems, d.h. des Starters 1 05. des
Bordnetzes 100 und/oder des Verbrennungsmotors 103, ermittelt werden.
Es wird somit eine Möglichkeit bereitgestellt, ohne weitere zusätzliche
Messtechnik und Sensorik das Überlasten eines Starters 1 05 zu verhindern und/oder die Ursachen für einen Ausfal l eines Starters 1 05 anhand eines
Kennfelds 200 zu analysieren. Es kann somit eine .Schutzfunktion bereitgestellt werden, um das Überlasten eines Starters 1 05 zu verhindern. Des Weiteren wird ein effizientes und zuverlässiges Verfahren bereitgestellt, um die Ausfall Ursache eines erfolglosen .Startvorgangs zu analysieren.
Detaill ierte Analysen der Starterausfälle zeigen, dass der Starter 105 infolge von Startproblemen geschädigt bzw. zerstört werden kann. Es kann somit bei
Vorliegen von Startproblemen zu einem Ausfall eines Starters 105 kommen. Eine Ursache dafür ist, dass ein Nutzer den Starter 105 durch zu langes Betreiben des Starters 105 (auch als ..Orgeln" bezeichnet ) überlastet. Fehlende Diagnosen bei einem .Startvorgang haben typischerweise zur Folge, dass die Ursache von Startproblemen meist bei dem Starter 1 05 gesehen werden, obwohl möglicherweise andere Fehlerursachen vorliegen. Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen können Fehlerursachen in präziser Weise ermittel t werden.
Es kann somit eine Bautei l schutzebene in der Software der digitalen
Motorelektronik eines Fahrzeugs bereitgestellt werden, um die Schädigung bzw. Zerstörung des Starters 1 05 zu verhindern. Des Weiteren können Diagnosen bei einem Startvorgang die Fehlersuche erleichtern und die Vermeidung eines unberechtigten Austauschs eines Starters 105 bewirken. Durch Statistiklünktionen kann die Analyse von Motorstarts im Betrieb eines Fahrzeugs verbessert werden. z.B. in Bezug auf die .Startanzahl. in Bezug auf das Zeitverhalten von
Startvorgängen und/oder in Bezug auf nicht gemeldete Startprobleme, etc.
Für die Diagnose von Startvorgängen kann ein Kennfeld 200 des Starters 1 05 in unterschiedliche Bereiche eingeteilt werden, wobei ein zweiter (maximal zulässiger» S tarter- Span n u n gs wert 222 (zur Vermeidung einer
Überspannungssituation ), ein erster (minimal zulässiger) Start-Spannungswert 221 (zur Ermöglichung der Startfähigkeit), ein erster D eh zah 1 - Sch we 11 e n wert 2 1 I (auch als B lockade- Dreh zah 1 - Sc h we 11 en wert bezeichnet, zur Erkennung einer Blockadesituation ), und ein zweiter Dreh zah 1 - Sch we I len wert 2 12 (der eine Startfähigkeits-Untergrenze bezüglich der mindestens erforderl ichen Drehzahl 210 für einen erforderlichen Startvorgang des Verbrennungsmotors 103 darstellt) definiert werden können. Der Hoch lauf des Verbrennungsmotors 103 bei einem Startvorgang kann somit in das Kennliniendiagramm 200 der Gleichstrommaschine des Starters 105 übertragen werden. Bei einem Startvorgang steigt die Drehzahl 210 des
Verbrennungsmotors 103 von Orpm. (rounds per mi nute ) bis über die geforderte S tartf äh i g ke i t sgren ze 2 1 2 an. Wenn Startprobleme auftreten, kann durch die Lage eines Kennfeld-Punktes des Starvorgangs in dem Ken n 1 i n iend iagramm. 200 zugeordnet werden, welches potentielle Problem vorliegt. In Abhängigkeit von der Diagnose können ein oder mehrere zielgerichtete Maßnahmen für
Notlauffunktionen, angeboten bzw. durchgeführt werden. Wenn der Kennfeld-Punkt im ersten Bereich 241 des Ken n f e 1 dd i ag a m m s 200 liegt, konnte die Startfähigkeitsgrenze 2 12 nicht erreicht werden, obwohl die Bordnetzspannung 1 12 ausreichend hoch war. Das bedeutet, dass es entweder ein zu hohes Gegen moment gab und/oder dass der Starter 1 05 dieses Gegenmoment nicht aufbauen konnte. Wenn der Kennfeld-Punkt im zweiten Bereich 242 des Kennfelddiagramms 200 liegt, konnte die Startfähigkeitsgrenze nicht erreicht werden, da die
Bordnetzspannung 1 1 2 nicht ausreichend hoch war und dadurch auch die erforderliche Drehzahl 2 1 0 nicht erreicht werden konnte.
Wenn der Kennfeld-Punkt im dritten Bereich 243 des Kennfelddiagramms 200 liegt, liegt ein Startversuch bei blockiertem Starter 105 vor.
Wenn der Kennfeld-Punkt im vierten Bereich 244 des Ken n e Idd i agram m s 200 liegt, ist die Startfähigkeit des Verbrennungsmotors 103 gefährdet, da die
Energieversorgung des Starters 105 nicht ausreichend ist. Wenn der Kennfeld- Punkt im fünften Bereich 245 des K e n n f e I dd i agram m s 200 l iegt, wurde ein Startversuch bei Überspannung erkannt. Wenn der Kennfeld-Punkt im siebten Bereich 247 des Kenn feldd i agram m s 200 liegt, lag bei dem Startversuch eine Leistungsunterbrechung vor (da keine Spannung 1 12 und keine Drehzahl 2 10 vorhanden waren ) oder es gab Probleme bei der Ansteuerung des Starters 105.
Ein sechster Bereich 246 beschreibt einen erfolgreichen Startvorgang, wobei, in einem Teilbereich oberhalb der D re h m o m e n t- D re h z ah 1 Kennl inie 230 mit der Bezeichnung IV tendenziell ein zu hoher Strom I I 1 in den Starter 105 geflossen ist, was auf ein tendenziel l zu hohes Gegenmoment schließen lässt. Andererseits kann in dem Teilbereich unterhalb der D e h m o m e n t - D e h zah 1 Kennl inie 230 mit der Bezeichnung IV von einem einwandfreien Startvorgang ausgegangen werden. Weitere mögl iche Diagnosen, die ggf. auf Basis der Lage des Kennfeld-Punktes erfolgen können, sind: das Vorliegen eines Startversuchs bei Eigentums schütz des Fahrzeugs; das Vorliegen eines Startversuchs bei Vorliegen eines niedrigen Drucks im Kraftstoffsystem; und/oder das Vorliegen eines Startversuchs bei
Vorliegen eines Fehlers im Verbrennersystem des Verbrennungsmotors 103. Anhand des Kennfelddiagramms 200 des Starters 105 kann somit eine gezielte Diagnose gestel lt werden, wo der Fehler bei einem fehlgeschlagenen Startvorgang lag. Insbesondere kann auf Basis der Lage des Kennfeld-Punktes eines
Startvorgangs in dem Ke n n f e I dd i ag ram m 200 bestimmt werden, welches Szenario für einen erfolgreichen bzw. fehlerhaften Startvorgang vorherrscht.
Die Diagnose eines Startvorgangs kann in unterschiedliche Zeitabschnitte unterteilt sein. Nach Veranlassung des Startvorgangs kann zunächst ein bestimmtes Zeitfenster abgewartet werden, bevor ein Kennfeld-Punkt des Startvorgangs ermittelt wi d (z.B. 100ms oder mehr). So können unzuverlässige Messwerte zu Beginn eines Startvorgangs ausgeblendet werden, was die
Robustheit der Diagnose erhöht. Es kann dann in präziser Weise der Kennfeld- Punkt ermittelt werden, wobei der Kennfeld-Punkt z.B. der bei dem Startvorgang maximal erreichten Drehzahl entspricht. Des Weiteren kann der Kennfeld-Punkt auf der Dreh mo men t/D eh zah 1 - Ken n 1 i n i e 230 für die Starter-Spannung 1 12 am Anfang des Startvorgangs (ggf. nach Ablauf des o.g. Zeitfensters) liegen.
Mit der in diesem Dokument beschriebenen Starterdiagnose w ird die eigentl iche Startkaskade nicht verändert. Insbesondere ist keine zusätzliche Zeit erforderlich. die ein Starter 105 bei Startproblemen w iderstehen muss. Daher können die technologischen Grenzen eines Starters 1 05 vol lständig ausgenutzt werden, um die maximale Verfügbarkeit des Startsystems zu ermögl ichen. Die technologische Grenze des Starters 105 l iegt dabei in der maximal möglichen Energ ieau f n ah nie des Starters 105. bevor der Starter 105 überhitzt ( und dann typischerweise ein Totalausfall des Starters 105 vorliegt).
Als Schutzfunktion für einen Starter 105 kann ein Energiezähler bereitgestellt werden, der den Energieeintrag in den Starter 105 kontinuierl ich überwacht und bei Überschreitung eines Grenzwertes des Energieeintrags die Ansteuerung des Starters 105 zeitweise sperrt und/oder die Überlastung des Starters 1 05 mit einem Feh lerspeicherei ntrag registriert. Fig. 3 zeigt einen beispielhaften zeitlichen Verlauf 310 der ( thermischen ) Energie 300 eines Starters 1 05 (d.h. der kumulierten Energiemenge bzw. des
Energieeintrags eines Starters 105). Für jeden Startvorgang kann die (elektrische ) Energie ermittelt werden, die dem Starter 105 zugeführt wird. Diese ergibt sich aus der Starter-Spannung 1 12 und dem Starter-Strom 1 1 1 . Ggf. kann die zugeführte Energie bei einem Startvorgang auf Basis der Starter-Spannung 112 und der Kennlinie 230 des Starters 105 für diese Starter-Spannung 1 1 2 ermittelt werden. So kann auf eine Messung des Starter-Stroms I I 1 verzichtet werden. Des Weiteren wird typischerweise die zeitliche Dauer des Startvorgangs
berücksichtigt. Ein Startvorgang führt zu einem ansteigenden Teil 3 1 1 des zeitlichen Verlaufs 310 der (kumulierten) Energie 300 des Starters 105.
Andererseits kommt es nach einem Startvorgang zu einer Abkühlung des Starters 105. wobei der zeitl iche Verlauf der Abkühlung von den thermischen
Eigenschaften des Starters 105 abhängen. Die Abkühlung des Starters 105 kann durch ein (im Vorfeld ermitteltes) thermisches Modell des Starters 105 beschrieben werden. Es ergibt sich somit zwischen zwei Startvorgängen ein absteigender Tei l 3 12 des zeitlichen Verlaufs 3 10 der (kumul ierten ) Energie 300 des Starters 105. w obei die dem Starter 105 entzogene Energiemenge von der Zeit zwischen zwei direkt aufeinander folgenden Startvorgängen abhängt.
Der zeitliche Verlauf 3 10 der in einem Starter 1 05 gespeicherten (thermischen ) Energie 300 kann somit auf Basis der Starter-Spannung 112 und eines
thermischen Modells des Starters 105 für eine Sequenz von (ggf. erfolglosen ) Startvorgängen ermittelt werden. Es kann dann zu einem bestimmten Zeitpunkt ermittelt werden, ob die (thermische ) Energie 300 des Starters 105 einen Energie- Schwellenwert 301 . 302 erreicht oder überschreitet. Bei Erreichen eines ersten Energie-Schwellenwertes 30 1 kann z.B. ein Warnhinweis an einen Nutzer des Starters 105 ausgegeben w erden, w obei der Warnhinweis anzeigt, dass eine Überlastung des Starters 105 droht. Des Weiteren kann bei Erreichen eines zweiten Energie-Schwellenwertes 302 eine Sperrung des Starters 105
vorgenommen werden, so dass kein Startvorgang mehr initiiert werden kann. Die Sperrung kann z.B. für eine bestimmte Sperrzeit erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann die Sperrung erfolgen, bi s die Energie 300 des Starters 105 unter einen besti mmten E n e r g i e - S c h w e 11 e n w e r t (z.B. den ersten Energie-Schwellenwert 301) gefallen ist. Es kann somit eine zuverlässige Schutzlünktion für einen Starter 105 bereitgestellt werden.
Die Figuren 4a und 4b zeigen beispielhafte statistische Auswertungen von Startvorgängen. Fig. 4a zeigt eine statistische Verteilung 402 der Start-Zeitdauern
400 von unterschiedlichen Startvorgängen. Dabei wird die Wah sche i n 1 i ch k e i t
401 von unterschiedlichen Start-Zeitdauern 400 angezeigt. In Fig. 4a ist eine kontinuierliche Wahrscheinl ichkeitsverteilung 402 dargestellt. Typischerweise werden für unterschiedliche diskrete Bereiche von Start-Zeitdauern 400 die jeweiligen Häufigkeiten 401 ermittelt. Aus der Verteilung 402 kann auch die mittlere Start-Zeitdauer 403 von Startvorgängen ermittelt werden.
Die Verteilung 402 aus Fig. 4a kann mit einem bewegten bzw. gleitenden Fenster (engl isch, moving window ) ermittelt werden (z.B. auf Basis der letzten N
Startvorgänge, mit N=1000, 100 oder weniger). Durch die Betrachtung eines gleitenden Fensters kann eine zeitliche Entwicklung der Start-Zeitdauern 400 ermittelt werden. Insbesondere kann die zeitl iche Entwicklung der mittleren Start- Zeitdauer 403 ermittelt werden. Die mittlere Start-Zeitdauer 403 kann mit einem Zeitdauer-Schwellenwert
(700ms) verglichen werden. Wenn die mittlere Start-Zeitdauer 403 den Zeitdauer- Schwel lenwert erreicht oder überschreitet, kann eine Maßnahme zur Absicherung der Startfähigkeit eingeleitet werden. Beispielsweise kann ein Hinweis an einen Nutzer des Starters 105 ausgegeben werden, der anzeigt, dass das Startsystem überprüft werden sollte. Fig. 4b zeigt die (diskrete ) Verteilung 412 der Ruhe-Zeitdauer 410 zwischen zwei direkt aufeinander folgenden Startvorgängen. Die Verteilung 412 kann mit einem gleitenden Fenster der letzten N Startvorgänge ermittelt werden. Des Weiteren kann auf Basis der Verteilung 41 2 eine mittlere Ruhe-Zeitdauer 413 zwischen zwei di ekt aufeinander folgenden Startvorgängen ermittelt werden. Die
Verteilung 412 kann dazu verwendet werden, zu überprüfen, ob der Starter 105 gemäß einer für den Starter 105 vorgesehenen Dimensionierung in Bezug auf eine maximale Anzahl von Startvorgängen pro Zeiteinheit (z.B. pro Minute ) und/oder in Bezug auf eine maximale Gesamtzahl von Startvorgängen über die
Lebensdauer des Starter 105 genutzt wird. So kann bestimmt werden, ob die Wahrscheinl ichkeit für einen Ausfall des Starter 1 05 relativ hoch bzw. relativ niedrig ist (je nachdem, ob die mittlere Ruhe-Zeitdauer 413 relativ niedrig bzw. relativ hoch ist). Des Weiteren kann auf Basis der mittleren Ruhe-Zeitdauer 413 ermittelt werden, ob die W ah sc he i n 1 i c h ke i t für eine Überlastung des Starter 105 relativ hoch bzw. relativ niedrig ist (je nachdem, ob die mittlere Ruhe-Zeitdauer 413 relativ niedrig bzw. relativ hoch ist).
Es kann somit eine Statistikfunktion für ei nen Starter 105 berei tgestellt werden. Ziel der Statistikfunktion ist es unter anderem, die Qual ität der Starts anhand der Start-Zeitdauer 400 der Starts zu bewerten. Des Weiteren kann die Belastung des Starters 1 05 in der Zeit zwischen den Starts ermittelt werden (z.B. auf Basis der Ruhe-Zeitdauer 410 zwischen den Starts ). Aus der Qual ität der Startvorgänge ( über die Verteilung 402) und der Belastung des Starters 105 (über die Verteilung 412) können z.B. Optimierungen bei der Auslegung eines Starters 1 05 und/oder Maßnahmen zur Reduzierung von Ausfällen abgeleitet werden.
Anhand der beschriebenen Statistikfunktionen kann z.B. in Kombination mit dem Zulassungsdatum eines Fahrzeugs und/oder dem Kilometerstand des Fahrzeugs überprüft werden, wie sich die Start-Zeitdauer 400 im Betrieb des Fahrzeugs über die Zeit entwickelt. Alternativ oder ergänzend kann z.B. in Kombination mit dem Zulassungsdatum eines Fahrzeugs, dem Kilometerstand des Fahrzeugs und/oder einer Länderken n ze i ch n u n g des Fahrzeugs die typische Belastung des .Starters 105 des Fahrzeugs ermittelt werden (z.B. auf Basis der Ruhe-Zeitdauer 410 zw ischen aufeinander folgenden .Startvorgängen ). Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen sind insbesondere zur Detektion von Problemen bei Startern 105 mit Bürsten-Gleichstrommaschinen vorgesehen, können aber auch auf andere Typen von Startern 1 05 angewendet werden. Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 500 zur
Diagnose eines .Startvorgangs und/oder eines elektrische betriebenen Starters 105. Der Starter 105 ist eingerichtet, einen Verbren n u n gs mo toi- 103 bei einem
Startvorgang anzutreiben. Insbesondere kann durch den Starter 105 bewirkt werden, dass die Drehzahl 210 des Verbrennungsmotor 1 03 bis über einen zweiten D reh zah I - Sc h we 11 e n wert 212 gebracht wird, wobei der
Verbrennungsmotor 103 typischerweise bei Drehzahlen 2 1 0 oberhalb des zweiten Drehzahl-Schwellenwertes 2 12 gestartet wird, und daraufhin ohne Unterstützung des Starters 1 05 allein aufgrund des Kraftstoff- Verbrennungsprozesses betrieben werden kann.
Das Verfahren 500 umfasst das Ermitteln 501 von Leistungs-Information in Bezug auf elektrische Leistung, die dem Starter 105 während eines Startvorgangs des V e rb re n n u n g s m o t o rs 103 zugeführt wird. Die Le i s tu n gs- 1 n f ormat i on kann insbesondere die Starter-Spannung 1 1 2 anzeigen, die für den Startvorgang an dem Starter 105 anliegt. Außerdem umfasst das Verfahren 500 das Ermitteln 502 von Dreh zah I - 1 nf ormat i o n in Bezug auf eine Drehzahl 2 1 0 des Verbrennungsmotors 103 ährend des Startvorgangs. Beispielsweise kann die Drehzahl-Information die maximal erreichte Drehzahl 2 10 w ährend des Startvorgangs anzeigen. Außerdem umfasst das Verfahren 500 das Durchführen 503 einer Diagnose des Startvorgangs und/oder des Starters 105 auf Basis der Le i s t u n g s - 1 n f o rm a t i o n und auf Basis der Drehzahl-Information. Insbesondere kann auf Basis der Leistungs- Information und auf Basis der Dreh zah 1 - 1 n form at ion Information in Bezug auf die Ursache eines erfolglosen bzw. fehlerhaften Startvorgangs ermittelt werden.
Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen ermögl ichen die
Bereitstellung einer Schutzfunktion für einen Starter 105, um eine Überlastung des Starters 1 05 zu verhindern. Des Weiteren können durch eine genaue Analyse der Ursachen eines erfolglosen Startvorgangs defekte Komponenten eines Fahrzeugs besser detektiert werden. Insbesondere kann durch die genaue Analyse eine gezielte Diagnose erstellt werden, wo genau der Fehler bei einem
Startvorgang lag.
Die vorl iegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten A u s t u h ru n g s be i s i e I e beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren. Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Ansprüche
1) Verarbeitungseinheit (101) zur Überwachung eines elektrisch betriebenen Starters (105), der eingerichtet ist, einen Verbrennungsmotor (103) bei einem Startvorgang anzutreiben; wobei die Verarbeitungseinheit (101) eingerichtet ist,
- Leistungs-Information in Bezug auf elektrische Leistung zu ermitteln, die dem Starter (105) während eines Startvorgangs des
Verbrennungsmotors (103) zugeführt wird;
- Drehzahl-Information in Bezug auf eine Drehzahl (210) des
Verbrennungsmotors (103) während des Startvorgangs zu ermitteln; und
- auf Basis der Leistungs-Information und auf Basis der Drehzahl- Information eine Diagnose des Startvorgangs und/oder des Starters (105) durchzuführen.
2) Verarbe i tu ngse i n he i t (101) gemäß Anspruch 1, wobei die
Verarbeitungseinheit (101) eingerichtet ist,
- auf Basis der Leistungs-Information und auf Basis der Drehzahl- Information zumindest einen Kennfeld-Punkt in einem Kennfeld (200) des Starters (105) zu ermitteln; wobei das Kennfeld (200) einen Zusammenhang zwischen der elektrischen Leistung des Starters (105) und der erwarteten Drehzahl (210) des Verbrennungsmotors (103) anzeigt; und
- die Diagnose des Startvorgangs und/oder des Starters (105) auf Basis der Lage des Kennfeld-Punktes innerhalb des Kennfelds (200) durchzuführen.
3) Verarbeitungseinheit (101) gemäß Anspruch 2, wobei
- das Kennfeld (200) eine Mehrzahl von unterschiedlichen Bereichen
(241 , 242, 423, 244, 245, 246. 257) umfasst; - sich die unterschiedlichen Bereiche (241, 242, 423, 244, 245, 246. 257) jeweils über unterschiedliche Drehzahl-Bereiche und/oder Leistungs-Bereiche erstrecken; und
- das Durchführen der Diagnose das Ermitteln umfasst. in welchen
Bereich (241, 242, 423, 244. 245, 246, 257 ) der Kennfeld-Punkt des
Startvorgangs fällt.
4) Verarbe i tu n gse i n he i t (101) gemäß Anspruch 3. wobei die Mehrzahl von
Bereichen (241 , 242, 423, 244. 245. 246. 257 ) umfasst.
- einen ersten Bereich (241) für eine Starter-Spannung (112) zwischen einem ersten Starter-Spannungswert (221) und einem zweiten Starter- Spannungswert (222) und für eine Drehzahl (210) zwischen einem ersten Drehzah 1 -Schwel len wert (211) und einem zweiten Drehzahl- Schwellenwert (212); und/oder einen ersten Bereich (241), der anzeigt, dass der Starter (105) bei dem Startvorgang einem zu hohen Gegenmoment ausgesetzt war oder dass der Starter (105) bei dem Startvorgang ein erforderliches Drehmoment nicht aufbringen konnte; und/oder
- einen zweiten Bereich (242) für eine Starter-Spannung (112) unterhalb des ersten Starter-Spannungswertes (221) und für eine Drehzahl (210) zwischen einem ersten Dreh zah 1 - Sch we I len wei (211) und einem zweiten Drehzahl -Schwel len wert (212); und/oder einen zweiten Bereich (242 ), der anzeigt, dass die Starter-Spannung (112) nicht ausreichend für den Startvorgang war: und/oder
- einen dritten Bereich (243) für eine Starter-Spannung (112) oberhalb eines Leistungsunterbrechungs-Spannungswertes und für eine Drehzahl (210) unterhalb des ersten Drehzahl-Schwellenwertes (211 ); und/oder einen dritten Bereich (243), der anzeigt, dass der Starter (105) bei dem Startvorgang blockiert war; und/oder
- einen vierten Bereich (244) für eine Starter-Spannung (112 ) unterhalb des ersten Starter-Spannungswerts (221) und für eine Drehzahl (210) oberhalb des zweiten Drehzahl-Schwellenwertes (212); und/oder einen vierten Bereich (244), der anzeigt, dass ein zukünftiger Startvorgang aufgrund einer unzureichenden elektrischen Leistungsversorgung gefährdet ist; und/oder
einen fünften Bereich (245) für eine Starter-Spannung (112) oberhalb des zweiten S tarter- S pan n u n g s we rte s (222); und/oder einen fünften Bereich (245), der anzeigt, dass die Starter-Spannung (112) zu hoch ist und den Starter (105) beeinträchtigen könnte; und/oder
einen sechsten Bereich (246) für eine Starter-Spannung (112) zwischen dem ersten Starter-Spannungswert (221) und dem zweiten Starter- Spannungswert (222) und für eine Drehzahl (210) oberhalb des zweiten D reh zah 1 - Sc h we 11 e n werte s (212); und/oder einen sechsten Bereich (246), der anzeigt, dass der Starter (105), der
Verbrennungsmotor (103) und/oder ein Bordnetz (100) zur elektrischen Energieversorgung des Starters (105) in Ordnung sind; und/oder
einen siebten Bereich (247 ) für eine Starter-Spannung (112) unterhalb des Leistungsunterbrechungs-Spannungswertes und für eine Drehzahl (210) unterhalb eines M i ndest- Drehzah 1 -Schwel len wertes ; und/oder einen siebten Bereich (247), der anzeigt, dass während des Startvorgangs eine Leistungsunterbrechung des Starters (105) vorlag.
5) Verarbeitungseinheit (101) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei
- das Kennfeld (200) eine Mehrzahl von Kennlinien (230) für eine
Mehrzahl von unterschiedlichen S tarter-S pan n u n gen (112) umfasst; und
- eine Kennl inie (230) einen Zusammenhang zwischen einem von dem Starter (105) erzeugten Drehmoment bzw. einem dem Starter (105) zugeführten Strom ( 111) und einer von dem Starter (105) zu bewirkenden Drehzahl (210) des Verbrennungsmotors (103) anzeigt. 6) Verarbeitungseinheit (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit (101) eingerichtet ist,
- auf Basis der Leistungs-Information zu ermitteln, ob eine Starter- Spannung (112) bei dem Startvorgang über oder unter einem Leistungsunterbrechungs-Spannungswert lag; wobei der
Leistungsunterbrechungs-Spannungswert derart ist, dass Starter- Spannungen (112) unterhalb des Le i s tu n g s u n te rbrech u n g s- Spannungswertes ein Indiz für eine Le i s t u n g s u n t e rb rec h u n g der elektrischen Leistung für den Starter (105) darstellen; und/oder
- auf Basis der Le i st u n gs - 1 n f ormat i on zu ermitteln, ob die Starter- Spannung (112) bei dem Startvorgang über oder unter einem ersten Starter- Span n u n gs we rt (221) lag; wobei der erste Starter- Spannungswert (221) derart ist, dass S tarter-S pan n u n gen (112) unterhalb des ersten Starter-Spannungswertes (221) ein Indiz für eine unzureichende elektrische Leistung für den Starter (105) bei einem Startvorgang darstellen: und/oder
- auf Basis der Leistungs- Information zu ermitteln, ob die Starter- Spannung (112) bei dem Startvorgang über oder unter einem zweiten S t arte r- Span n u n g s we rt (222) lag; wobei der zweite Starter- Spannungswert (222) derart ist, dass Starter-Spannungen (112) oberhalb des zweiten S tarte r- S pan n u n g s we rte s (222) ein Indiz für eine Ü be rs pan n ii n g s s i t u a t i o n des Starters (105) darstellen.
7) Verarbe i tu n gse i n he i t (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbe i t u n gse i n he i t (101) eingerichtet ist,
- auf Basis der Drehzahl-Information zu ermitteln, ob die Drehzahl (210) des Verbrennungsmotors (103) bei dem Start Vorgang über oder unter einem M i n d e s t - D re h z ah 1 - S c h we 11 e n we rt lag; wobei der Mindest- Drehzahl-Schwellenwert derart ist, dass Drehzahlen (210) unterhalb des Mindest-Drehzahl-Schwel lenwertes ein Indiz für eine
Le i s t u n g s u n te rb rech u n g des Starters (105) darstellen; und/oder auf Basis der Drehzahl-Information zu ermitteln, ob die Drehzahl (210) des Verbrennungsmotors (103) bei dem .Start Vorgang über oder unter einem ersten Drehzahl-Schwellenwert (211) lag; wobei der erste Drehzahl-S c h w e 11 e n w e rt (211) derart ist, dass Drehzahlen (210) unter dem ersten Drehzahl-Schwellenwert (211) ein Indiz für eine Blockade des Starters (105) darstellen; und/oder
auf Basis der Dreh zah 1 - 1 n f ormat i on zu ermitteln, ob die Drehzahl (210) des Verbrennungsmotors (103) bei dem Startvorgang über oder unter einem zweiten D re h zah 1 - Sc h we 11 e n we rt (212) lag; wobei de zweite D reh zah 1 - Sc h we 11 e n we rt (212) derart ist, dass Drehzahlen (210) über dem zweiten D reh zah 1 - Sc h we 11 e n we rt (212) typischerweise zu einem Start des V e rb re n n u n g s m o t o s (103) führen.
8) Verarbeitungseinheit (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die L e i s t u n g s - 1 n f o rm a t i o n eine Starter-Spannung (1 12) während des .Startvorgangs, insbesondere zu Beginn des .Startvorgangs, anzeigt; und/oder
- die D eh z ah 1 - 1 n f o m at i o n eine Drehzahl (210), insbesondere eine
maximale Drehzahl, des Verbrennungsmotors während des Startvorgangs anzeigt.
9) Verarbeitungseinheit (101) zur Überwachung eines elektrisch betriebenen Starters (105), der eingerichtet ist, einen Verbrennungsmotor (103) bei einem .Startvorgang anzutreiben; wobei die Verarbeitungseinheit (101) eingerichtet ist,
- Le i s t u n g s- 1 n form at i o n in Bezug auf elektrische Leistung zu ermitteln, die dem Starter (105) während eines Startvorgangs des
Verbrennungsmotors (103) zugeführt wird;
- auf Basis eines thermischen Modells des Starters (105) Abkühlinformation in Bezug auf thermische Leistung zu ermitteln, die von dem Starter (105) zwischen dem Startvorgang und einem
nachfolgenden Startvorgang abgeführt wird;
- auf Basis der Leistungs-Information und auf Basis der Abkühl- Information für eine Sequenz von Startvorgängen. Energie- Information in Bezug auf eine im Starter (105) an einem bestimmten Zeitpunkt kumulierte Energiemenge (300) zu ermitteln; und
- in Abhängigkeit von der Energie-Information eine Maßnahme zum Schutz des Starters (105) zu veranlassen.
10) Verarbeitungseinheit (101) zur Überwachung eines elektrisch betriebenen Starters (105), der eingerichtet ist, einen Verbrennungsmotor (103) bei einem Startvorgang anzutreiben; wobei die Verarbeitungseinheit (101) eingerichtet ist,
- eine Vielzahl von Start-Zeitdauern (400) und/oder eine Vielzahl von Ruhe -Zeitdauern (410) für eine Vielzahl von zeitl ich aufeinander folgenden Startvorgängen des Verbrennungsmotors (103) zu ermitteln; wobei eine Start-Zeitdauer (400) die Zeitdauer eines Startvorgangs anzeigt; und wobei die Ruhe-Zeitdauer (410) die Zeitdauer zwischen zwei direkt aufeinander folgenden Startvorgängen anzeigt;
- eine statistische Analyse der Vielzahl von Start-Zeitdauern (400)
und/oder der Vielzahl von Ruhe-Zeitdauern (410) durchzuführen; und
- auf Basis der statistischen Analyse eine Maßnahme bezügl ich des Starters (105) zu veranlassen.
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