WO2006000496A1 - Kfz-energie management mit zusatzfunktionalität starterdiagnose - Google Patents

Kfz-energie management mit zusatzfunktionalität starterdiagnose Download PDF

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WO2006000496A1
WO2006000496A1 PCT/EP2005/052093 EP2005052093W WO2006000496A1 WO 2006000496 A1 WO2006000496 A1 WO 2006000496A1 EP 2005052093 W EP2005052093 W EP 2005052093W WO 2006000496 A1 WO2006000496 A1 WO 2006000496A1
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starter
battery
current
threshold
electrical system
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PCT/EP2005/052093
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Sven Hartmann
Marc Knapp
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02N2200/04—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the starter motor
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    • F02N2200/00—Parameters used for control of starting apparatus
    • F02N2200/06—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the power supply or driving circuits for the starter
    • F02N2200/062—Battery current

Definitions

  • the starting of internal combustion engines depends on the availability of the starter.
  • the performance of the starter depends, among other things, on the size of the vehicle battery.
  • the thermal load of the parts through which the current flows as well as the mechanical load on the torque-transmitting parts increase with growing battery size.
  • the starter is intended only for short operating times, it must be reckoned, in particular at lower outside temperatures, with long cycle times of the internal combustion engines and thus with a high thermal load of the starter.
  • the starting device for internal combustion engines comprises a starter motor whose starter pinion is first meshed into the ring gear of the internal combustion engine via an engagement relay. Thereafter, the starter motor is operated at maximum torque. First, the starter motor drives the pinion with reduced torque via a series resistor. At the same time the engagement relay for the starter pinion with reduced engagement force, preferably clocked in the sprocket vorgespurt and optionally Schemespurt in this. Thereafter, the full energization of the engagement relay, so that the pinion is fully pressed into the ring gear while a switching contact of a relay, preferably the engagement relay bridges the series resistor of the starter motor.
  • DE 103 46 857 relates to a device for securing a starter line or a starter and generator line in a motor vehicle.
  • the device comprises a starter battery, a starter and a starter and generator line or starter line connecting the starter to the starter battery, wherein a battery disconnect switch is provided in the starter and generator line to which a switch control signal is supplied from a control and regulation unit.
  • the control unit determines a switch control signal which opens the battery disconnect switch by evaluating the measured battery current.
  • the evaluation of the measured battery current is carried out taking into account a stored safety characteristic curve for the battery currents.
  • the stored safety curve contains information about the behavior of other safety elements of the electrical system of a motor vehicle.
  • the starter operation can be monitored with each use and any malfunctioning - for example by excessively long spin-through phases, by an excessively high temperature load or by component wear - can be detected early.
  • the read-out data can be read with regard to the mechanical wear of the starter components as well as its temperature load over the operating time of the starter and preventive maintenance measures can be carried out on the starter of the internal combustion engine. so that a failure of this machine for starting a Verbrennungskraft ⁇ indispensable electrical component on vehicles can be prevented in a forward-looking manner.
  • the starting current of the starter which can be derived from the battery current of the motor vehicle battery, is monitored as a significant input quantity.
  • the voltage of the motor vehicle battery can be used as additional information.
  • the battery current is already determined during the starting process of an internal combustion engine at a resolution in the millisecond range, so that the corresponding information can also be used in the context of a starter diagnosis.
  • FIG. 1 shows the simplified equivalent circuit diagram, a generator, a starter, a motor vehicle battery and a vehicle electrical system state detection, shown schematically;
  • FIG. 2 shows a block diagram for a battery state detection and the quantities of a motor vehicle battery which can be ascertained in this embodiment
  • Figure 3 shows the representation of the functionality of the starter diagnosis using a Flußdia ⁇ program.
  • FIG. 1 shows a simplified equivalent circuit diagram of a generator, a starter, a motor vehicle battery and a vehicle electrical system status recognition of a motor vehicle.
  • FIG 1 shows a schematically illustrated internal combustion engine 1, which drives a generator 3 at a speed 2 n (t). Both the internal combustion engine 1 and the generator 3 or its generator controller 4 are connected via corresponding electrical connecting lines with a vehicle electrical system state detection 10, which is shown in the Dar ⁇ position shown in Figure 1 only in schematic form.
  • the internal combustion engine 1 be it a spark-ignition or a self-igniting internal combustion engine, is turned off during the starting process with the aid of a starter 5.
  • the starter 5 is associated with a switch 6, whose position can be detected via a relay, which is also connected to the vehicle electrical system state detection 10 in connection.
  • the on-board network of the motor vehicle there is a vehicle battery 7, which can be connected to the starter 5 via a circuit breaker 9, provided that its switch 6 is closed.
  • the battery disconnect switch 9 of the vehicle battery 7 can be used, for example, in adhesive relay contacts in addition to the shutdown of the battery.
  • the state of the vehicle battery 7 is monitored by means of a battery sensor 8. With this, for example, the battery voltage u (t), the battery current i (t) and the temperature ⁇ (t), i. the outside temperature, capture and evaluate in the context of a battery state detection 16 in the electrical system state detection 10.
  • Reference numeral 11 denotes a load distributor for the electrical loads present in the electrical system; Vj representatively symbolizes a large number of electrical consumers in the electrical system, such as, for example, windscreen wiper motors, electric window lifters, electric seat adjustment drives and the like.
  • the on-board network state recognition 10 also includes software 13. Furthermore, an electrical energy management system 14 is integrated in the on-board network state detection 10 which determines the load distributor 11 with regard to a respective current maximum load of the vehicle electrical system Motor vehicle controls.
  • the starter diagnosis 15 proposed according to the invention which interacts with a battery status detection 16 which is also present in the vehicle electrical system state detection 10, is implemented in the vehicle electrical system state detection 10 according to the illustration in FIG.
  • the illustration according to FIG. 2 is a schematic diagram of a block diagram of a battery state detection.
  • the value of the respective current 21 that can be delivered by the vehicle battery 7 is determined within a current / voltage measurement.
  • the battery state detection 16 also includes algorithms that can be used to determine the battery voltage 23 from the battery current 21. Both the value 21 for the battery current and the value 23 for the respective battery voltage can be supplied to a starter diagnosis 15, which can be implemented as additional functionality in the context of a vehicle electrical system state recognition 10.
  • FIG. 3 shows in the form of a flow chart the steps within the scope of a starter diagnosis which can be carried out within the starter diagnosis.
  • the individual steps shown in FIG. 3 can be traversed in the software 13 of the vehicle electrical system state recognition 10.
  • a starting current comparison 30 for a first threshold value of the starting current the starter 5 is checked for exceeding a first starting current threshold value. If the defined first start-up current threshold value (for example, 300 A) is not exceeded, an error flag 31 is set, which indicates the execution of a first measure 32, such as the maintenance of the starter 5 Shutdown of the starter 5 vor ⁇ to be taken.
  • a first measure 32 such as the maintenance of the starter 5 Shutdown of the starter 5 vor ⁇ to be taken.
  • the relay can not close the main contact and thus can not initiate the starting process. Possible causes for this are, for example, an undervoltage occurring, too high a temperature in the relay or a heaviness within the starter pinion and ring gear meshing system. There is thus the risk of overheating of the relay with possible consequential damage, which must be prevented at all costs. For this reason, a shutdown of the starter 5 and the setting of a corresponding maintenance notice
  • the starting current comparison 30 for the first startup current threshold of, for example, 300 A is followed by a further startup current comparison 33 for a second startup current threshold value (for example, approximately 1000 A).
  • a second startup current threshold value for example, approximately 1000 A.
  • the starting current of the starter 5 is checked as to whether it exceeds a second threshold of, for example, 1000 A. If this is detected in the context of the comparison carried out in the further start-up current comparison 33, a corresponding error flag 34 (battery too high, third party start) is set and the initiation of a second measure 35 is displayed.
  • the second measure 35 may be a shutdown as well as a maintenance recommendation.
  • the starter 5 exceeds the second threshold value of, for example, 1000 A, this may indicate that the starter 5 is operated with too high a voltage or too large a battery. There is a risk of considerable consequential damage, for example due to an excessive starter speed, for which the starter 5 is not designed. Therefore, a shutdown of the starter 5 is attached.
  • a two-stage reaction is also possible in which only a maintenance message (check battery size) is set when a lower threshold is exceeded, for example the aforementioned second threshold of 1000 A, and the starter is switched off when a higher threshold of for example 1200 A is done. In this case, a start of the internal combustion engine with the starter 5 is not possible.
  • a frequency check of the starting current of the starter 5 is continued within the scope of the starter diagnosis 15.
  • the starting current of the starter 5 is examined to see whether it has high frequency components. If yes, an error flag 37 is set, which indicates that the wear limit of the starter 5 has been reached. Strong noise components in the frequency spectrum of the starter 5 indicate, for example, excessive wear in the commutator system of the starter 5.
  • a maintenance request (see reference numeral 38) can be set via a fault memory that can be read out as part of a vehicle maintenance and read out from an engine control unit as part of an inspection by connecting a diagnostic connector.
  • the starting current of the starter 5 is checked for the repeated occurrence of short-circuit current peaks out. If such have occurred, a corresponding error flag 40 (strong undervoltage in the vehicle electrical system or excessive temperature in the relay or too high supply line resistance in the relay supply line or relay drive error) is set. There is repeating relay closing, which can permanently lead to the occurrence of a short circuit; Consequently, a shutdown of the starter 5 is displayed for this error case.
  • the high currents occurring in the event of short circuits are caused by a strong thermal stress on the components of the starter 5.
  • a fourth measure 41 ie a shutdown of the Star ⁇ age 5 made or a maintenance recommendation is displayed.
  • a Priifiingstress 42 downstream of the KurzscMuss check for the current amplitude of the starting current of the starter 5, the current amplitude of the starting current of the starter 5 is determined. If during this check it turns out that the current amplitude of the start-up current drops, an error flag 43 is set (abuse, escape run). The starter current is then checked as to whether it is permanently above a certain, fourth threshold value of, for example, 500 A, which indicates, for example, that starter 5 is operated while gear is engaged.
  • the starter 5 must be switched off after a certain period of time as a function of the current level of the starter current in order to avoid unacceptable overheating and thus unacceptable thermal overstressing of the starter components.
  • a shutdown is likewise carried out or a maintenance recommendation 44 is output.
  • an error flag 52 indicating a stiffness of the starter 5 is set, which indicates a stiffness of the mechanical components, such as dry running waves, defective bearings and others Errors that may cause a stiffness of the starter 5 indicates.
  • a sixth measure 53 is recommended, which is transmitted to the on-board network state recognition 10 or an engine control unit of the internal combustion engine 1 and can be read out from the engine control unit as part of an inspection of the motor vehicle by connecting the diagnostic connector.
  • the threshold value comparison 51 for the outlet flow of the starter 5 is followed by a further outlet flow comparison 54 with a fourth threshold value for the outlet flow of the starter 5. If the outlet flow of the starter 5 remains below the fourth threshold value of, for example, 0 to 10 A, a free-wheeling defect is closed and a corresponding error flag 55 is set. In this case, a defect of the arranged between the starter shaft and the starter pinion freewheel is closed. The execution of a corresponding seventh measure 56 to the onboard network state recognition 10 is detected, which is carried out as part of a subsequent inspection of the motor vehicle. can be. By setting the error flag 55, the workshop personnel are given an indication of an emerging defect of the starter 5 in the region of its free-wheeling, so that targeted action can be taken.
  • the cut-off current (starter 5 in the off state) of the starter 5 is examined as part of a Abschaltstrom estimates 57, whether this exceeds a fifth threshold (0 amps).
  • an error flag 58 can be set, which indicates adhesive relay contacts.
  • the reproduced in accordance with Figure 1 battery disconnect switch 9 can be actuated to disconnect the starter 5 from the electrical system of the motor vehicle.
  • the initiation of an eighth measure 59 can be recommended, which can be carried out by reading the engine control unit by means of a diagnostic plug during a visit to the workshop, for example during a due inspection.
  • Reference numeral 60 designates the end of the starter diagnosis 15.
  • the implementation of the starter diagnosis 15 as part of an on-board state recognition 10 with battery state detection 16 advantageously allows the values calculated for the battery current 21 or for the battery voltage 23 within the battery state recognition 16 to be used in the context of the starter diagnosis 15, so that the battery battery 8 associated with a vehicle battery 7 can be utilized in multiple ways.
  • the threshold value tested as part of the starting current comparison 30 is of the order of magnitude of 300 A, while the second threshold value of the starter current is selected, for example, in the region of 1000 A.
  • the third threshold value for the discharge current of the starter 5 can be selected, for example, at 100 A, while the fourth threshold value for the starter current can be set at a value between 0 A and 10 A.
  • the fifth threshold used to test the cut-off current of the starter 5 may be 0A.
  • both the stiffness 52 of the mechanical components of the starter 5 are examined, as well as an error in the freewheel, which is detected by the error flag 55 "freewheeling defect".
  • the consequences of the errors indicated by the error flag 52 differ.
  • Frequency of the freewheel defect indicated by the error flag 55 significantly voneinan ⁇ the.
  • the direction and effect of the errors are opposite to each other and are therefore detected separately in the above-mentioned starter functionality of the on-board diagnosis.

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Abstract

Die Erfindung betrifft sich auf eine Vorrichtung zur Diagnose eines Starters (5) einer Brennkraftmaschine (1). Ein Bordnetz eines Kraftfahrzeuges umfasste eine Batterie (7) in deren Anschlussleitung ein Batterie-Trennschalter (9) vorgesehen ist. Das Bordnetz des Kraftfahrzeuges wird über eine bordnetz-Zustandserkennung (10) die Funktionalität einer Starterdiagnose (15) einschliesst.

Description

Kfz-Encrgic Management mit Zusatzfunktionalität Starterdiagnose
Technisches Gebiet
Das Starten von Verbrennungskraftmaschinen, seien es fremdgezündete, seien es direktein¬ spritzende, seien es selbstzündende Verbrennungskraftmaschinen, ist abhängig von der Ver- fiigbarkeit des Starters. Die Leistung des Starters ist unter anderem von der Größe der Fahrzeugbatterie abhängig. Die thermische Beanspruchung der stromdurchflossenen Teile sowie die mechanische Belastung der Drehmoment-übertragenden Teile steigen mit wach¬ sender Batteriegröße. Obwohl der Starter nur für kurze Betriebszeiten vorgesehen ist, muss insbesondere bei tieferen Außentemperaturen mit langen Durchdrehzeiten der Verbren- nungskraftmaschinen und damit mit einer hohen thermischen Belastung des Starters gerech¬ net werden.
Stand der Technik
Aus DE 198 10 954 Al ist eine Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt ge¬ worden. Die Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen umfasst einen Startermotor, des¬ sen Starterritzel zunächst über ein Einrückrelais in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine eingespurt wird. Danach wird der Startermotor mit maximalem Drehmoment betrieben. Zunächst treibt der Startermotor über einen Vorwiderstand das Ritzel mit reduziertem Drehmoment an. Gleichzeitig wird das Einrückrelais für das Starterritzel mit reduzierter Einrückkraft, vorzugsweise getaktet in den Zahnkranz vorgespurt und gegebenenfalls in diesen eingespurt. Danach erfolgt die volle Bestromung des Einrückrelais, so dass das Ritzel vollständig in den Zahnkranz gedrückt wird und gleichzeitig ein Schaltkontakt eines Relais, vorzugsweise des Einrückrelais den Vorwiderstand des Startermotors überbrückt. Nunmehr vermag der Startermotor mit vollem Drehmoment die Brennkraftmaschine durchzudrehen. DE 103 46 857 bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Absicherung einer Starterleitung oder einer Starter- und Generatorleitung in einem Kraftfahrzeug. Die Vorrichtung umfasst eine Starterbatterie, einen Starter sowie eine den Starter mit der Starterbatterie verbindende Starter- und Generatorleitung oder Starterleitung, wobei in der Starter- und Generatorlei- tung ein Batterietrennschalter vorgesehen ist, dem von einer Steuer- und Regeleinheit ein Schaltersteuersignal zugeführt wird. Die Steuer- und Regeleinheit ermittelt ein den Batterie¬ trennschalter öffnendes Schaltersteuersignal durch die Auswertung des gemessenen Batte¬ riestroms. In der Steuer- und Regeleinheit wird die Auswertung des gemessenen Batterie¬ stroms unter Berücksichtigung einer abgespeicherten Sicherungskennlinie für die Batterie- ström vorgenommen. Die abgespeicherte Sicherungskennlinie enthält Informationen über das Verhalten weiterer Sicherungselemente des Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges.
Im Rahmen einer Kfz-Bordnetzüberwachung sind Batteriezustandserkennungen bekannt, in denen eine messtechnische Erfassung von elektrischen Größen und Temperaturen mit nach- folgender Bewertung durch entsprechende Algorithmen für die Batteriezustandserkennung erfolgt. Im Allgemeinen sind konventionelle Starter von Verbrennungskraftmaschinen als Gleichstrommotoren ausgelegt, die über ein Relais mit der Fahrzeugbatterie verschaltet werden.
Darstellung der Erfindung
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Softwareintegration für eine Starterzusatzer¬ kennung in ein bereits vorhandenes Motorsteuergerät oder in einer Bordnetz- Zustandserkennung kann einerseits die einer Kfz-Batterie bereits zugeordnete Sensorik aus¬ genutzt werden und andererseits die Funktionalität des vorhandenen Steuergerätes bezie¬ hungsweise der vorhandenen Bordnetz-Zustandserkennung in erheblichem Maße für eine Starterdiagnose erweitert werden. Der Starter hat als Verschleißteil eine hohe Bedeutung hinsichtlich der Startzuverlässigkeit und damit für die Fahrzeugverfügbarkeit Anstelle die erweiterte Funktionalität dem Starter zuzuordnen, lässt sich die Starterdiagnose unmittelbar in eine Bordnetz-Zustandserkennung integrieren, was eine Ausnutzung der dort bereits vor¬ handenen Komponenten für die Starterdiagnose ermöglicht, so dass eine aufwendige und damit kostenintensive Redundanz vermieden wird.
Durch eine in die Bordnetz-Zustandserkennung integrierte oder in ein bereits vorhandenes Motorsteuergerät zu integrierende Starterdiagnose kann der Starterbetrieb bei jedem Ein¬ satz überwacht werden und sich abzeichnende Fehlfunktionen - beispielsweise durch ü- bermäßig lange Durchdrehphasen, durch eine übermäßig hohe Temperaturbeanspruchung oder durch Bauteilverschleiß - lassen sich frühzeitig erkennen. Im Rahmen heute üblicher Fehlerspeicher-Auslesemaßnahmen im Rahmen von Fahrzeuginspektionen können die aus¬ gelesenen Daten hinsichtlich des mechanischen Verschleißes der Starterbauteile sowie des¬ sen Temperaturbeanspruchung, über die Betriebszeit des Starters gesehen, ausgelesen wer- den und vorbeugende Wartungsmaßnahmen am Starter der Verbrennungskrafhnaschine vorgenommen werden, so dass einem Ausfall dieses zum Starten einer Verbrennungskraft¬ maschine unverzichtbaren elektrischen Bauteils an Fahrzeugen in vorausschauender Weise vorgebeugt werden kann.
Innerhalb der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Starterdiagnose wird als bedeutsame Ein¬ gangsgröße der Startstrom des Starters überwacht, der aus dem Batteriestrom der Kfz- Batterie abgeleitet werden kann. Die Spannung der Kfz-Batterie kann als zusätzliche Infor¬ mation eingesetzt werden. Bei heute bereits eingesetzten Bordnetz-Zustandserkennungen wird der Batteriestrom während des Startvorganges einer Verbrennungskraftmaschine be- reits einer Auflösung im Millisekunden-Bereich ermittelt, so dass die entsprechende Infor¬ mation auch im Rahmen einer Starterdiagnose herangezogen werden kann.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend detaillierter beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 das vereinfachte Ersatzschaltbild, einen Generator, einen Starter, eine Kfz- Batterie sowie eine schematisch dargestellte Kfz-Bordnetz-Zustandserkennung,
Figur 2 ein Blockschaltbild für eine Batterie-Zustandserkennung und die in dieser ermit¬ telbaren Größen einer Kfz-Batterie und
Figur 3 die Darstellung der Funktionalität der Starterdiagnose anhand eines Flussdia¬ gramms.
Ausführungsvarianten Der Darstellung gemäß Figur 1 ist vereinfachtes Ersatzschaltbild eines Generators, eines Starters, einer Kfz-Batterie sowie einer Bordnetz-Zustandserkennung eines Kraftfahrzeuges zu entnehmen.
Figur 1 zeigt einen schematisch dargestellten Verbrennungsmotor 1, der einen Generator 3 mit einer Drehzahl 2 n(t) antreibt. Sowohl die Verbrennungskraftmaschine 1 als auch der Generator 3 beziehungsweise dessen Generatorregler 4 sind über entsprechende elektrische Verbindungsleitungen mit einer Bordnetz-Zustandserkennung 10 verbunden, die in der Dar¬ Stellung gemäß Figur 1 nur in schematischer Form wiedergegeben ist. Der Verbrennungs¬ motor 1, sei es eine fremdgezündete, sei es eine selbstzündende Verbrennungskraftmaschi¬ ne, wird mit Hilfe eines Starters 5 beim Startvorgang durchgedreht. Dem Starter 5 ist ein Schalter 6 zugeordnet, dessen Position über ein Relais detektierbar ist, welches ebenfalls mit der Bordnetz-Zustandserkennung 10 in Verbindung steht. Ferner befindet sich im Bord- netz des Kraftfahrzeuges eine Fahrzeugbatterie 7, die über einen Trennschalter 9 mit dem Starter 5 verbunden werden kann, sofern dessen Schalter 6 geschlossen ist. Im Falle eines schweren Unfalls kann der Batterietrennschalter 9 der Fahrzeugbatterie 7 zum Beispiel bei klebenden Relaiskontakten zusätzlich für das Abschalten der Batterie eingesetzt werden. Der Zustand der Fahrzeugbatterie 7 wird mittels eines Batteriesensors 8 überwacht. Mit diesem lassen sich zum Beispiel die Batteriespannung u(t), der Batteriestrom i(t) sowie die Temperatur ϋ(t), d.h. die Außentemperatur, erfassen und im Rahmen einer Batterie- Zustandserkennung 16 in der Bordnetz-Zustandserkennung 10 auswerten.
Mit Bezugszeichen 11 ist ein Lastverteiler für die im Bordnetz jeweils vorhandenen elektri- sehen Lasten bezeichnet; durch Vj wird repräsentativ eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern im Bordnetz, wie zum Beispiel Scheibenwischermotoren, elektrische Fenster¬ heber, elektrische Sitzverstellantriebe und dergleichen, symbolisiert.
Die Bordnetz-Zustandserkennung 10 umfasst neben einer Vielzahl von durch Bezugszei- chen 12 identifizierten Hardware-Komponenten auch eine Software 13. Ferner ist in der Bordnetz-Zustandserkennung 10 ein elektrisches Energiemanagement 14 integriert, welches den Lastverteiler 11 hinsichtlich einer jeweiligen aktuellen Höchstbelastung des Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges steuert. In der Bordnetz-Zustandserkennung 10 gemäß der Darstel¬ lung in Figur 1 sind darüber hinaus die erfindungsgemäß vorgeschlagene Starterdiagnose 15 implementiert, die mit einer ebenfalls in der Bordnetz-Zustandserkennung 10 vorhandenen Batterie-Zustandserkennung 16 zusammenwirkt. Der Darstellung gemäß Figur 2 ist in schematischer Weise ein Blockschaltbild einer Batte- rie-Zustandserkennung zu entnehmen.
In der Batterie-Zustandserkennung 16, die Teil einer Bordnetz-Zustandserkennung 10 sein kann, wird innerhalb einer Strom-/Spannungsmessung der Wert des jeweiligen, durch die Fahrzeugbatterie 7 abgebbaren Stromes 21 ermittelt. Die Batterie-Zustandserkennung 16 umfasst darüber hinaus Algorithmen, mit deren Hilfe aus dem Batteriestrom 21 die Batterie¬ spannung 23 ermittelt werden kann. Sowohl der Wert 21 für den Batteriestrom als auch der Wert 23 für die jeweilige Batteriespannung kann einer Starterdiagnose 15 zugeführt wer- den, die als zusätzliche Funktionalität im Rahmen einer Bordnetz-Zustandserkennung 10 implementiert sein kann.
Der Darstellung gemäß Figur 3 ist in Form eines Flussdiagramms die Schritte im Rahmen einer Starterdiagnose zu entnehmen, die innerhalb der Starterdiagnose durchgeführt werden können.
Die in Figur 3 dargestellten einzelnen Schritte können in der Software 13 der Bordnetz- Zustandserkennung 10 durchlaufen werden. In einem Anlaufstromvergleich 30 für einen ersten Schwellwert des Anlauf stroms wird der Starter 5 auf Überschreiten eines ersten An- laufstromschwellwertes überprüft. Falls der definierte erste Anlaufstromschwellwert (so zum Beispiel 300 A) nicht überschritten wird, wird ein Fehlerflag 31 gesetzt, was auf die Durchführung einer ersten Maßnahme 32, wie zum Beispiel auf die Wartung des Starters 5, hinweist Als erste Maßnahme 32 kann hingegen auch die Abschaltung des Starters 5 vor¬ genommen werden. Dies bedeutet, dass das Relais den Hauptkontakt nicht schließen und damit den Startvorgang nicht einleiten kann. Mögliche Ursachen hierfür sind zum Beispiel eine auftretende Unterspannung, eine zu hohe Temperatur im Relais oder eine Schwergän- gigkeit innerhalb des Einspursystems aus Starterritzel und Zahnkranz. Damit besteht die Gefahr einer Überhitzung des Relais mit möglichen Folgeschäden, der beziehungsweise de¬ nen unbedingt vorzubeugen ist. Aus diesem Grunde erfolgt eine Abschaltung des Starters 5 und das Setzen eines dementsprechenden Wartungshinweises.
Dem Anlaufstromvergleich 30 für den ersten Anlaufstromschwellwert von zum Beispiel 300 A ist ein weiterer Anlaufstromvergleich 33 für einen zweiten Anlaufstromschwellwert (so zum Beispiel etwa 1000 A) nachgeschaltet. Innerhalb des weiteren Anlaufstromvergleiches 33 wird der Anlaufstrom des Starters 5 dahingehend überprüft, ob dieser einen zweiten Schwellwert von zum Beispiel 1000 A überschreitet. Wird dies im Rahmen des im weiteren Anlaufstromvergleich 33 durchgeführten Vergleiches erkannt, wird ein entsprechendes Feh¬ lerflag 34 (Batterie zu groß, Fremdstart) gesetzt und die Einleitung einer zweiten Maßnah- me 35 angezeigt. Die zweite Maßnahme 35 kann in einer Abschaltung sowie einer War¬ tungsempfehlung liegen. Überschreitet der Starter 5 den zweiten Schwellwert von zum Bei¬ spiel 1000 A, so kann dies darauf hindeuten, dass der Starter 5 mit zu hoher Spannung be¬ ziehungsweise zu großen Batterien betrieben wird. Es besteht die Gefahr von erheblichen Folgeschäden, so zum Beispiel durch eine zu hohe Starterdrehzahl, für die der Starter 5 nicht ausgelegt ist. Daher ist eine Abschaltung des Starters 5 angebracht. Es ist auch eine zweistufig ablaufende Reaktion möglich, bei der erst eine Wartungsmeldung (Batteriegröße überprüfen) bei Überschreiten einer niedrigeren Schwell, so zum Beispiel der genannten zweiten Schwelle von 1000 A, gesetzt wird und ein Abschalten des Starters bei Überschrei- ten einer höheren Schwell von zum Beispiel 1200 A erfolgt. In diesem Falle ist ein Start der Verbrennungskraftmaschine mit dem Starter 5 nicht möglich.
Vom weiteren Anlaufstromvergleich 33 wird im Rahmen der Starterdiagnose 15 zu einer Frequenzprüfung des Anlaufstromes des Starters 5 fortgefahren. Im Rahmen der Frequenz- prüfung 36 wird der Anlauf ström des Starters 5 dahingehend untersucht, ob dieser hohe Frequenzanteile aufweist. Bejahendenfalls wird ein Fehlerflag 37 gesetzt, welches auf das Erreichen der Verschleißgrenze des Starters 5 hinweist. Starke Rauschanteile im Frequenz- spektrum des Starters 5 weisen zum Beispiel auf einen übermäßigen Verschleiß im Kommu¬ tatorsystem des Starters 5 hin.
Über einen im Rahmen einer Fahrzeugwartung auslesbaren Fehlerspeicher kann eine War¬ tungsaufforderung (vgl. Bezugszeichen 38) gesetzt werden und im Rahmen einer Inspektion durch Anschließen eines Diagnosesteckers aus einem Motorsteuergerät ausgelesen werden.
In einer der Frequenzprüfung 36 des Anlaufstromes des Starters 5 nachgeschalteten Kurz- schluss-Überprüfung 39 wird der Anlaufstrom des Starters 5 auf das wiederholte Auftreten von Kurzschluss-Stromspitzen hin überprüft. Falls solche aufgetreten sind, wird ein dement- sprechendes Fehlerflag 40 (starke Unterspannung im Bordnetz des Kfz oder starke Über¬ temperatur im Relais oder auch zu hohe Zuleitungswiderstände in der Relaiszuleitung bezie- hungsweise Relaisansteuerfehler) gesetzt. Es liegt repetierendes Relais-Schließen vor, was auf Dauer zum Auftreten eines Kurzschlusses fuhren kann; demzufolge ist ein Abschalten des Starters 5 für diesen Fehlerfall angezeigt. Die bei Kurzschlüssen auftretenden hohen Ströme gehen mit einer starken thermischen Beanspruchung der Bauteile des Starters 5 ein¬ her. Diese können die Lebensdauer des Starters 5 in nicht unerheblichem Maße herabsetzen; demzufolge wird das Einleiten einer vierten Maßnahme 41, d.h. eine Abschaltung des Star¬ ters 5 vorgenommen beziehungsweise eine Wartungsempfehlung angezeigt. In einer der KurzscMuss-Überprüfung nachgeschalteten Priifiingsstufe 42 fiir die Stromamp- litude des Anlaufstroms des Starters 5 wird die Stromamplitude des Anlaufstroms des Star¬ ters 5 bestimmt. Stellt sich im Rahmen dieser Überprüfung heraus, dass die Strornamplitude des Anlaufetroms sinkt, wird ein Fehlerflag 43 gesetzt (Missbrauch, Fluchtfahrt). Der Star- terstrom wird daraufhin überprüft, ob dieser dauerhaft oberhalb eines bestimmten, vierten Schwellwertes von zum Beispiel 500 A liegt, was darauf hindeutet, dass zum Beispiel der Starter 5 bei eingelegtem Gang betrieben wird. Dies findet zum Beispiel bei missbräuchli- cher Benutzung des Kraftfahrzeuges statt. In der Regel muss der Starter 5 nach einer be¬ stimmten Zeit in Abhängigkeit von der Stromhöhe des Starterstromes abgeschaltet werden, um eine unzulässige Überhitzung und somit eine unzulässige thermische Überbeanspru¬ chung der Starterbauteile zu vermeiden. Nach dem Setzen des entsprechenden Fehlerflags 43 wird ebenfalls eine Abschaltung vorgenommen beziehungsweise eine Wartungsempfeh¬ lung 44 ausgegeben.
Ist es nach dem Durchlaufen der Überprüfung des Anlaufstroms des Starters 5 im Rahmen des Anlaufstromvergleichs 30, des weiteren Anlaufstromvergleichs 33, der Frequenzüber¬ prüfung 36 des Anlaufstroms, der Kurzschluss-Überprüfung 39 des Anlaufstroms, sowie der Prüfung der Stromamplitude des Anlaufstroms des Starters 5 zu einem Start 50 des Verbrennungsmotors 1 gekommen, wird der Λuslaufstrom des Starters 5 überprüft. Dies erfolgt im Rahmen eines Schwellwertvergleiches 51 des Auslaufstroms des Starters 5 auf Unterschreiten eines dritten Schwellwertes (zum Beispiel 100 A). Wird der dritte Schwell¬ wert (zum Beispiel 100 A) für den Auslaufstrom des Starters 5 überschritten, wird ein eine Schwergängigkeit des Starters 5 anzeigendes Fehlerflag 52 gesetzt, welches auf eine Schwergängigkeit der mechanischen Komponenten, wie zum Beispiel trockengelaufene Wellen, schadhafte Lager und weitere Fehler, die eine Schwergängigkeit des Starters 5 zur Folge haben können, hinweist. In diesem Falle wird eine sechste Maßnahme 53 empfohlen, die in die Bordnetz-Zustandserkennung 10 oder ein Motorsteuergerät des Verbrennungsmo¬ tors 1 übermittelt wird und im Rahmen einer Inspektion des Kraftfahrzeuges durch An¬ schließen des Diagnosesteckers aus dem Motorsteuergerät ausgelesen werden kann.
Dem Schwellwertvergleich 51 für den Auslaufstrom des Starters 5 schließt sich ein weiterer Auslaufstromvergleich 54 mit einem vierten Schwellwert für den Auslaufstrom des Starters 5 an. Bleibt der Auslaufstrom des Starters 5 unterhalb des vierten Schwellwertes von zum Beispiel 0 bis 10 A, wird auf einen Freilaufdefekt geschlossen und ein dementsprechendes Fehlerflag 55 gesetzt. In diesem Falle wird auf einen Defekt des zwischen der Starterwelle und dem Starterritzel angeordneten Freilaufs geschlossen. Es wird die Durchführung einer dementsprechenden siebten Maßnahme 56 an die Bordnetz-Zustandserkennung 10 gemel¬ det, welche im Rahmen einer sich anschließenden Inspektion des Kraftfahrzeuges ausgele- sen werden kann. Dem Werkstattpersonal wird durch das Setzen des Fehlerflags 55 ein Hinweis auf einen sich abzeichnenden Defekt des Starters 5 im Bereich von dessen Freilauf gegeben, so dass zielgerichtet eingegriffen werden kann.
Der Abschaltstrom (Starter 5 im ausgeschalteten Zustand) des Starters 5 wird im Rahmen eines Abschaltstromvergleichs 57 daraufhin untersucht, ob dieser einen fünften Schwellwert ( 0 Ampere) überschreitet. In diesem Falle kann ein Fehlerflag 58 gesetzt werden, welches auf klebende Relaiskontakte hinweist. In diesem Falle kann der in der Darstellung gemäß Figur 1 wiedergegebene Batterie-Trennschalter 9 betätigt werden, um den Starter 5 vom Bordnetz des Kraftfahrzeuges zu trennen. In gleicher Weise lässt sich die Einleitung einer achten Maßnahme 59 empfehlen, was im Rahmen eines Werkstattbesuchs, so zum Beispiel bei einer fälligen Inspektion, über Auslesen des Motorsteuergerätes mittels eines Diagnose¬ steckers erfolgen kann. Mit Bezugszeichen 60 ist das Ende der Starterdiagnose 15 bezeich¬ net. Die Implementierung der Starterdiagnose 15 im Rahmen einer Bordnetz- Zustandserkennung 10 mit Batterie-Zustandserkennung 16 erlaubt in vorteilhafter Weise, die innerhalb der Batterie-Zustandserkennung 16 errechneten Werte für den Batteriestrom 21 beziehungsweise für die Batteriespannung 23 im Rahmen der Starterdiagnose 15 zu ver¬ wenden, so dass der einer Fahrzeugbatterie 7 zugeordnete Batteriesensor 8 in mehrfacher Weise ausgenutzt werden kann.
Der im Rahmen des Anlaufstromvergleichs 30 abgeprüfte Schwellwert liegt in der Größen¬ ordnung von 300 A, während der zweite Schwellwert des Starterstroms zum Beispiel im Bereich von 1000 A gewählt wird. Der dritte Schwellwert für den Auslaufstrom des Star¬ ters 5 kann zum Beispiel bei 100 A gewählt werden, während der vierte Schwellwert für den Starterstrom auf einen Wert zwischen 0 A und 10 A festgesetzt werden kann. Der zur Prüfung des Abschaltstroms des Starters 5 dienende fünfte Schwellwert kann zum Beispiel bei 0 A liegen.
Wenn vorstehend von Abschalten des Starters 5 die Rede ist, so wird hierunter die Unter- brechung des Startvorgangs der Verbrennungskraftmaschine verstanden. Dies ist dann an¬ gezeigt, wenn entweder kein Startvorgang möglich ist beziehungsweise mit schwerwiegen¬ den Schäden zu rechnen ist, wenn der Startvorgang unter den detektierten, oben im Einzel¬ nen ausgeführten Bedingungen dennoch durchgeführt wird.
Im Rahmen der Starterfunktionalität wird sowohl auf die Schwergängigkeit 52 der mechani¬ schen Komponenten des Starters 5 untersucht, als auch auf einen Fehler im Freilauf, was durch das Fehlerflag 55 "Freilaufdefekt" detektiert wird. In Bezug auf Richtung und Aus¬ wirkungen unterscheiden sich die Folgen der durch das Fehlerflag 52 angezeigten Schwer- gängigkeit von dem durch das Fehlerflag 55 angezeigten Freilaufdefekt erheblich voneinan¬ der. Richtung und Wirkung der Fehler sind einander entgegengesetzt und werden demzu¬ folge in der oben genannten Starterrunktionalität der Borddiagnose separat erfasst. Bezugszeichenliste
1 Verbrennungsmotor 2 Drehzahl Verbrennungskraftmaschine n(t) 3 Generator 4 Generatorregler 5 Starter 6 Schalter für Starter 7 Kft-Batterie u(t) Batteriespannung i(t) Batteriestrom ϋ(t) Temperatur (Außentemperatur?) 8 Batteriesensor 9 Batterie-Trennschalter 10 Bordnetz-Zustandserkennung 11 Lastverteiler Vi elektrischer Verbraucher 12 Hardware 13 Software 14 elektrisches Energiemanagement (EEM) 15 Starterdiagnose 16 Batterie-Zustandserkennung
20 Strom-/Spannungsmessung 21 Wert für Batteriestrom 22 Algorithmen für Batterie-Zustandserkennung (BZE) 23 Wert Batteriespannung 24 ENDE
30 Anlaufstromvergleich erster Schwellwert 31 Fehlerflag Fehlfunktion im Relais 32 erste Maßnahme 33 weiterer Anlaufstromvergleich zweiter Schwellwert 34 Fehlerflag Fremdstart, Batterie zu groß 35 zweite Maßnahme 36 Frequenzprüfung Anlauf ström Starter 37 Fehlerflag Verschleißgrenze 38 dritte Maßnahme 39 Kurzschluss-Übeφriiftmg 40 Fehlerflag Unterspannung/Übertemperatur 41 vierte Maßnahme 42 Prüfung Stromamplitude 43 Fehlerflag Missbrauch/Fluchtfahrt 44 fünfte Maßnahme
50 Start Verbrennungskraftmaschine 51 Schwellwertvergleich Auslaufstrom dritter Schwellwert 52 Fehlerflag Schwergängigkeit 53 sechste Maßnahme 54 Anlaufstromvergleich vierter Schwellwert 55 Fehlerflag Freilaufdefekt 56 siebte Maßnahme 57 Vergleich Abschaltstrom mit fünftem Schwellwert 58 Fehlerflag Relaiskontaktfehler 59 achte Maßnahme 60 ENDE Starterdiagnose

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Diagnose eines Starters (5) einer Verbrennungskraftmaschine (1) mit einer Fahrzeugbatterie (7), in deren Anschlussleitung ein Batterie-Trennschalter (9) vorgesehen ist und einer ein Bordnetz eines Fahrzeugs überwachenden Bordnetz- Zustandserkennung (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Bordnetz- Zustandserkennung (10) eine Starterdiagnose-Funktionalität (15) umfasst.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bordnetz- Zustandserkennung (10) eine Batterie-Zustandserkennung (16) umfasst, in welcher die Werte für den Batteriestrom (21) und für die Batteriespannung (23) ermittelt werden.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Starterdiagnose- Funktionalität (15) in die Software (13) in der Bordnetz-Zustandserkennung (10) imp- lementiert ist.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Starterdiagnose- Funktionalität (15) den Anlaufstrom des Starters (5) in mindestens einer Vergleichsope- ration (30, 33) auf Über- oder Unterschreiten von Schwellwerten für den Anlaufstrom des Starters (5) hin überprüft.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Starterdiagnose- Funktionalität (15) den Anlaufstrom des Starters (5) auf Überschreiten eines ersten Schwellwertes für den Anlaufstrom überprüft, bejahendenfalls ein erstes Fehlerflag (31) setzt und den Anlaufstrom des Starters (5) auf Unterschreiten eines zweiten Schwell- wertes für den Anlauf strom prüft und bejahendenfalls ein zweites Fehlerflag (34) setzt.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Starterdiagnose- Funktionalität (15) den Anlaufstrom des Starters (5) auf das Vorliegen hoher Fre- quenzanteile (16), auf das Vorliegen von Kurzschluss-Stromspitzen und die Stromamp¬ litude des Anlaufstroms überprüft und bejahendenfalls dritte, vierte, fünfte Fehlerflags (37, 40, 43) setzt.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Starterdiagnose- Funktionalität (15) nach Start (50) der Verbrennungskraftmaschine (1) den Auslauf¬ strom des Starters (5) auf Unterschreiten eines dritten Schwellwertes überprüft (51) und auf Überschreiten eines vierten Schwellwertes (54) und bejahendenfalls sechste, siebte Fehlerflags (52, 55) setzt.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Starterdiagnose- Funktionalität (15) den Abschaltstrom des Starters (5) auf Unterschreiten eines fünften Schwellwertes überprüft und bejahendenfalls den Batterie-Trennschalter (9) ansteuert.
9. Vorrichtung gemäß der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fehlerflag (31) eine Fehlfunktion eines Starterrelais (6), das zweite Fehlerflag (33) eine Batterie mit zu großer Kapazität bei Fremdstart, das dritte Fehlerflag (37) das Errei¬ chen der Verschleißgrenze des Starters (5), das vierte Fehlerflag (40) eine Unterspan- nung oder eine Übertemperatur am Starter (5) und das fünfte Fehlerflag (43) einen Missbrauch des Fahrzeugs anzeigt.
10. Vorrichtung gemäß der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das sechste Fehlerflag (52) die Schwergängigkeit des Starters (5), das siebte Fehlerflag (55) einen Freilaufdefekt am Starter (5) und das Unterschreiten des fünften Schwellwertes durch den Abschaltstrom einen Fehler von Relaiskontakten anzeigt
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