WO2020007406A1 - Verfahren und systeme zur starterbetätigung - Google Patents
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Definitions
- the method preferably further comprises actuating the starter relay for the first time.
- the first predetermined period of time when the starter relay (102) is activated for the first time is in the range of up to 3000 ms, preferably in the range of up to 500 ms. In the event of repeated activation of the starter relay, the first predetermined period of time is preferably in the range from l30ms to 230ms, preferably in the range from approximately l80ms.
- the non-starting of the internal combustion engine 103 can be determined by the control device 101, for example by recognizing a so-called “open load error”. Furthermore, the control device 101 can determine whether or not the starter 105 is supplied with power based on a current consumption by the starter 105. Current consumption by starter 105 can be measured directly, for example, or can also be detected via a voltage drop or voltage drop in the vehicle electrical system. In addition, the control unit 101 can determine whether or not there is a mechanical blockage via a detected speed of the internal combustion engine 103. In general, the aforementioned methods can be used individually or in combination in order to determine a failure to start and / or current operating parameters of the internal combustion engine 103.
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Abstract
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Starters eines Verbrennungsmotors mittels eines Starterrelais, wobei das Starterrelais konfiguriert ist, den Starter über ein Bordnetz wahlweise mit Strom zu versorgen, das Verfahren umfassend Ermitteln eines Fehlerzustands des Verbrennungsmotors, Starten mehrmaligen Ansteuerns des Starterrelais, Ermitteln eines aktuellen Zustands des Verbrennungsmotors, wobei der aktuelle Zustand des Verbrennungsmotors mindestens einen Fehlerzustand oder mindestens einen Betriebszustand anzeigt; und, wenn der aktuelle Zustand mindestens einen Betriebszustand anzeigt, Beenden des mehrmaligen Ansteuerns des Starterrelais, anderenfalls erneutes Ermitteln des aktuellen Zustands. Die vorliegende Offenbarung betrifft weiter ein System zur Ansteuerung eines Starters eines Verbrennungsmotors, umfassend ein Steuergerät, eine Stromquelle, ein Starterrelais, verbunden mit dem Steuergerät und konfiguriert, den Starter des Verbrennungsmotors über ein Bordnetz wahlweise mit Strom aus der Stromquelle zu versorgen, wobei das Steuergerät konfiguriert ist, das Verfahren auszuführen. Die vorliegende Offenbarung betrifft weiter ein Fahrzeug umfassend das System.
Description
Verfahren und Systeme zur Starterbetätigung
Die Offenbarung betrifft Verfahren und Systeme zur Starterbetätigung. Die Offenbarung betrifft insbesondere Verfahren und Systeme zur Starterbetätigung in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor und in Fällen von Startschwierigkeiten.
Stand der Technik
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 gestartet werden kann. Der Starter umfasst typischerweise einen elektrischen Motor, insbesondere einen Gleichstrommotor, der mit elektrischer Energie aus einem elektrischen Bordnetz (insbesondere ein 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- Knopf des Fahrzeugs). In Reaktion darauf werden ein oder mehrere elektrische Kontakte geschlossen und der Starter veranlasst, die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors anzutreiben, um diesen bis zur Startdrehzahl zu beschleunigen, sodass er gestartet werden kann. Es kann Vorkommen, dass der Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs nicht gestartet werden kann, weil der Starter nicht aktiviert werden kann. ETrsachen dafür können Probleme mit der Zuführung elektrischen Stroms zum Starter beinhalten, beispielsweise eine Vereisung des Starterrelais. In anderen Fällen kann eine Blockierung das Anlaufen des Starters verhindern, beispielsweise durch korrosionsbedingtes Festsetzen einer oder mehrerer durch den Verbrennungsmotor angetriebener Komponenten (z.B. Kompressor, Generator).
Um Funktionsausfällen aufgrund einer Kontaktvereisung vorzubeugen, bedient sich der in JP- U Nr. 54-88563 offengelegte Starter mit stationärem Kontakt und beweglichem Kontakt eines Rillenprofils für mindestens eine der Kontaktoberflächen. So sollen bei der mechanischen
Kontaktschluss-Kollision eventuell vorhandene Eisschichten, die sich auf den Kontaktoberflächen gebildet haben, gebrochen werden, wodurch ausreichender elektrischer Kontakt zwischen beweglichem und stationärem Kontakt gewährleistet werden soll. Oft weisen die Kontakte jedoch nur eine geringe Stoßkraft auf, sodass insbesondere bei stärkeren Vereisungen das Eis nicht durch die Aktivierung des Schalters gebrochen werden kann und der Starter nicht anläuft. Darüber hinaus ist die Verwendung spezieller Schalter kostspielig und/oder erfordert konstruktive Änderungen.
Andere, in JP-U Nm. 50-9635 und 51-32342 offengelegte Starter, bedienen sich eines um die Kontakte des Magnetschalters angeordneten Heizdrahtes, um mittels der so erzeugten Wärme das auf den Kontaktoberflächen entstandene Eis abzutauen. Starter mit derartigen strahlungswärmeemittierenden Heizdrähten benötigen jedoch relativ viel Zeit. Deshalb kann auf diese Weise der Benutzeranforderung, nach einem möglichst raschen Anlassen des Verbrennungsmotors, nicht begegnet werden. Des weiteren sind hier Bauteile zur Steuerung der Stromversorgung der Heizvorrichtung notwendig, die die Herstellungskosten erhöhen.
Aus der Druckschrift EP0744761 (A2) ist ein spezieller Magnetschalter bekannt, der einen Startermotor in zwei Schritten betätigen kann, ohne von vereisten Kontakten beeinträchtigt zu sein. Hierzu werden im Magnetschalter zum Versorgen eines Startermotors zwei Stationärkontakte - ein stationärer Hauptkontakt und ein stationärer Hilfskontakt - zur Verfügung gestellt, um den Startermotor in zwei Schritten, anfangs mit geringer und anschließend mit hoher Drehzahl, zu betreiben. Ein Wärmeerzeugungselement in Form eines wärmeerzeugenden elektrischen Widerstandes ist integriert und erfüllt gleichermaßen die Aufgaben der Drehzahlregelung als auch der Enteisung. Der spezielle Magnetschalter ist vergleichsweise konstruktiv aufwendig, da zusätzliche Kontakte und Heizelemente erforderlich sind. Zudem ist auch in diesem Fall bei starker Vereisung mit einer Verzögerung des Startvorgangs Aufgrund der für das Aufheizen des Wärmeerzeugungselements benötigten Zeit zu rechnen. Die Druckschrift liefert keine Aussage darüber, ob ein eventuell blockierter oder festgesetzter Verbrennungsmotor basierend auf dem Betrieb des Startermotors in zwei Schritten gestartet werden kann.
Die vorliegende Offenbarung befasst sich daher mit der technischen Aufgabe, in präziser und effizienter Weise den Starter für einen Verbrennungsmotor zu betätigen, insbesondere um die vorgenannten und ähnliche Startschwierigkeiten eines Verbrennungsmotors zu überwinden.
Die vorliegende Offenbarung basiert auf einem funktionalen Ansatz zum Beheben der Startschwierigkeiten. Durch kontrolliertes, mehrfaches Schließen des Relaiskontaktes wird das Starterrelais und/oder der Startermotor auf spezifische Weise angesteuert.
Im Falle einer Vereisung kann eine Folge von Impulsen zum Schließen der Relaiskontakte eine auf den Kontakten evtl vorhandene Eisschicht brechen, indem durch wiederholte, kontrollierte Schließvorgänge nach vorgegebenen Mustern mechanisch über die Relaiskontakte auf die Eisschicht eingewirkt wird.
Im Falle von blockierten Komponenten kann eine Folge von Impulsen zum Schließen der Relaiskontakte und entsprechendes Einwirken des Startermotors auf den Verbrennungsmotor die evtl vorhandenen Blockaden oder festgesetzten Komponenten lösen.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen 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 Teilmenge 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 Teilungsanmeldung 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.
Vorliegend offenbarte Verfahren und Systeme ermöglichen die Behebung von Problemen beim Startvorgang eines Verbrennungsmotors.
Insbesondere ermöglichen die vorliegend offenbarte Verfahren und Systeme ein Starten des Verbrennungsmotors unter Bedingungen, unter denen mit der Vereisung des Starterrelaiskontaktes zu rechnen ist, beispielsweise bei niedrigen Temperaturen, hohen Temperaturgradienten, hoher Luftfeuchte, unter dem Einfluss von starken Schnee- bzw. Niederschlagsverwirbelungen, und/oder starker Kondens- bzw. Feuchtigkeitsbildung im Motorraum.
Weiter ermöglichen die vorliegend offenbarte Verfahren und Systeme ein Starten des Verbrennungsmotors, wenn der Verbrennungsmotor und/oder einzelne operativ mit der
Kurbelwelle verbundene Komponenten des Verbrennungsmotors ein Anlaufen des Starters blockieren oder erschweren.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, Verfahren und Systeme zur Betätigung des Starters in Fahrzeugen, sowie Fahrzeuge mit solchen Systemen, bereitzustellen, die ein oder mehrere der vorgenannten Nachteile vermeiden und ein oder mehrere der vorgenannten Vorteile realisieren.
Diese Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Ansteuerung eines Starters eines Verbrennungsmotors mittels eines Starterrelais in Fahrzeugen angegeben. Das Starterrelais ist konfiguriert, den Starter über ein Bordnetz wahlweise mit Strom zu versorgen. Das Verfahren umfasst Ermitteln eines Fehlerzustands des Verbrennungsmotors; Starten mehrmaligen Ansteuerns des Starterrelais; Ermitteln eines aktuellen Zustands des Verbrennungsmotors wobei der aktuelle Zustand des Verbrennungsmotors mindestens einen Fehlerzustand oder mindestens einen Betriebszustand anzeigt; und wenn der aktuelle Zustand mindestens einen Betriebszustand anzeigt, Beenden des mehrmaligen Ansteuerns des Starterrelais, anderenfalls erneutes Ermitteln des aktuellen Zustands.
Vorzugsweise umfasst das Ansteuem des Starterrelais weiter Schließen des Starterrelais für einen ersten vorbestimmten Zeitraum und anschließendes Öffnen des Starterrelais für einen zweiten vorbestimmten Zeitraum.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiter erstmaliges Ansteuern des Starterrelais. Der erste vorbestimmte Zeitraum im Falle des erstmaligen Ansteuerns des Starterrelais (102) liegt im Bereich von bis zu 3000ms, vorzugsweise im Bereich von bis zu 500ms. Vorzugsweise liegt der erste vorbestimmte Zeitraum im Falle des mehrmaligen Ansteuerns des Starterrelais im Bereich von l30ms bis 230ms, vorzugsweise im Bereich von ca. l80ms.
Vorzugsweise liegt der zweite vorbestimmte Zeitraum im Falle des mehrmaligen Ansteuerns des Starterrelais im Bereich von l30ms bis 230ms, vorzugsweise im Bereich von ca. l80ms .
Vorzugsweise wird Ermitteln des Fehlerzustands bzw. des aktuellen Zustands des Verbrennungsmotors basierend auf einem oder mehreren der folgenden Schritte ausgeführt:
• Ermitteln einer Stromaufnahme des Starters;
• Ermitteln eines Nichteinbrechens der Spannung des Bordnetzes;
• Ermitteln einer Drehzahl des Verbrennungsmotors; und
• Ermitteln eines Open-Load-Fehlers.
Vorzugsweise wird Ermitteln eines Fehlerzustands des Verbrennungsmotors basierend auf einem oder mehreren der folgenden Schritte ausgeführt:
• Ermitteln des Fehlerzustands basierend auf einer Stromaufnahme des Starters von im Wesentlichen Null;
• Ermitteln einer Spannung des Bordnetzes und Feststellen des Fehlens eines erwarteten Spannungseinbruchs;
• Ermitteln eines Spannungseinbruchs in der Spannung des Bordnetzes, der geringer ist, als ein erwarteter Spannungseinbruch;
• Ermitteln des Fehlerzustands basierend auf einem festgestellten Open -Load-Fehl er;
Ermitteln des Fehlerzustands basierend auf einer Drehzahl des Verbrennungsmotors von im Wesentlichen von Null und einer Stromaufnahme des Starters von im Wesentlichen ungleich Null; und
• Ermitteln des Fehlerzustands basierend auf einer Stromaufnahme des Starters, die wesentlich größer ist, als eine Normstromaufnahme des Starters bei regulären Startvorgängen des Verbrennungsmotors.
Vorzugsweise zeigt der aktuelle Zustand des Verbrennungsmotors weiter mindestens einen Abbruchzustand an, wobei der Abbruchzustand basierend auf einem oder mehreren der folgenden Schritte ermittelt wird:
• Überschreiten eines vorbestimmten Zeitlimits seit dem Starten des mehrmaligen Ansteuems des Starters, wobei optional das vorbestimmte Zeitlimit bis zu 15 Sekunden beträgt, vorzugsweise bis zu 10 Sekunden;
• Überschreiten einer maximalen Anzahl von Ansteuerungen des Starters innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne, wobei optional die maximale Anzahl kleiner als 50, vorzugsweise kleiner als 30 ist, und/oder die vorbestimmte Zeitspanne kleiner als 15 Sekunden, vorzugsweise kleiner als 10 Sekunden ist;
• Zurücknehmen einer Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors durch einen Nutzer oder eine Motorsteuerung; und
• Starten des Verbrennungsmotors; wobei das Verfahren weiter umfasst: wenn der aktuelle Zustand mindestens einen Abbruchzustand anzeigt, Beenden des mehrmaligen Ansteuerns des Starterrelais.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist weiter ein System zur Ansteuerung eines Starters eines Verbrennungsmotors angegeben. Das System umfasst ein Steuergerät; eine Stromquelle; ein Starterrelais, verbunden mit dem Steuergerät und konfiguriert, den Starter des Verbrennungsmotors über ein Bordnetz wahlweise mit Strom aus der Stromquelle zu versorgen. Das Steuergerät ist konfiguriert, das vorliegend offenbarte Verfahren auszuführen.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist weiter ein Fahrzeug angegeben, umfassend das vorliegend offenbarte System.
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Offenbarung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Figur 1 zeigt ein beispielhaftes elektrisches Bordnetz eines Fahrzeugs mit einem Starter für einen Verbrennungsmotor gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; und
Figur 2 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens zur Starterbetätigung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Ausführungsformen der Offenbarung
Im Folgenden werden, sofern nicht anders vermerkt, für gleiche und gleichwirkende Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
Figur 1 zeigt ein beispielhaftes elektrisches Bordnetz 100 eines Fahrzeugs mit einem Starter 105 für einen Verbrennungsmotor 103 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Figur 1 stellt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Niedervolt-Bordnetzes 100 dar. Das Bordnetz 100 weist typischerweise eine Nennspannung von 12V -14V auf, und wird daher häufig auch als 12V oder 14V Bordnetz bezeichnet. Alternativ kann das Bordnetz 100 eine andere Spannung aufweisen, beispielsweise eine Bordnetzspannung von 48V aufweisen.
Das Bordnetz 100 umfasst ein oder mehrere elektrische Verbraucher 108 (z.B. Infotainmentsystem, Klimaanlage), die mit elektrischer Energie aus dem Bordnetz 100 versorgt werden. Das Bordnetz 100 kann zur Speicherung von elektrischer Energie ein oder mehrere Stromquellen 106, 107 (z.B. Energiespeicher, Batterie, Akkumulator) umfassen. In dem dargestellten Beispiel umfasst das Bordnetz 100 einen Blei -Akkumulator als Stromquelle 106, der dazu verwendet werden kann, die Bordnetzspannung zu stützen und elektrische Energie für den Starter 105 des Verbrennungsmotors 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 nur schematisch dargestellt und mit Bezugszeichen l03m versehen). Des Weiteren umfasst das Bordnetz 100 in dem dargestellten Beispiel einen Rekuperations-Energiespeicher 107 (z.B. eine Lilonen-Batterie), der eingerichtet ist, in zyklischer Weise substantielle Mengen an elektrischer Energie aufzunehmen und wieder abzugeben.
Das Bordnetz 100 umfasst außerdem einen Generator 104, der über den Verbrennungsmotor 103 angetrieben wird, 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 Stromquellen bzw. Energiespei ehern 106, 107 gespeichert werden kann. In Schubphasen (z.B. bei Bergabfahrt), in denen der Generator 104 mittelbar über den Verbrennungsmotor 103 oder die Räder des Fahrzeugs angetrieben wird, kann durch den
Generator 104 elektrische Energie rekuperiert werden, um den Energieverbrauch des Fahrzeugs zu reduzieren.
Das Bordnetz 100 umfasst ferner eine Steuereinheit 101, die eingerichtet ist, ein oder mehrere der Komponenten des Bordnetzes 100 anzusteuern. Insbesondere kann die Steuereinheit 101 eingerichtet sein, in Reaktion auf ein Startsignal (z.B. durch Aktivieren der Zündung mittels eines Startknopfs) den Starter 105 anzusteuern, um den Verbrennungsmotor 103 im Rahmen eines Startvorgangs anzutreiben. Hierzu kann die Steuereinheit 101 ein Starterrelais 102 ansteuem, das den Starter 105 mit Strom aus dem Bordnetz 100 versorgt. Ein Nichtanlaufen des Starters 105 des Verbrennungsmotors 103 bzw. ein erfolgloser Startvorgang kann unterschiedliche ETrsachen haben. Häufig liegt der Fehler für das Nichtstarten des Verbrennungsmotors 103 nicht im Starter 105 sondern im Bereich der Elektrik bzw. oder es liegt eine mechanische Ursache vor.
Ein erfolgloser Startversuch kann mehrere Nachteile mit sich bringen. Ein Nutzer des Fahrzeugs kann eine geplante Fahrt nicht antreten und ist in seiner Nutzung eingeschränkt. Weiter muss der Nutzer die Fehlerursache feststellen bzw. feststellen lassen, wodurch weitere Unannehmlichkeiten verursacht werden. Bei einem anschließenden Werkstattaufenthalt kann es Vorkommen, dass der Fehler nicht reproduzierbar ist (z.B. aufgrund unterschiedlicher Betriebsbedingungen, bei denen der Fehler nicht auftritt) oder dass ein Starter 105 unnötig ausgetauscht wird. Oftmals ist eine Behebung der eigentlichen Ursache für den erfolglosen Startversuch nicht ohne weiteres möglich.
Bei bestimmten Witterungs- bzw. Betriebsbedingungen muss mit einer Vereisung des Starterrelaiskontaktes gerechnet werden, beispielsweise bei niedrigen Temperaturen, hohen Temperaturgradienten, hoher Luftfeuchte, unter dem Einfluss von starken Schnee- bzw. Niederschlagsverwirbelungen, und/oder starker Kondens- bzw. Feuchtigkeitsbildung im Motorraum. In Fällen, in denen eine Vereisung von Relaiskontakten vorliegt, kann durch die Steuereinheit 101 zwar das Starterrelais 102 angesteuert werden, jedoch kann dieses keine elektrische Verbindung zwischen Starter 105 und Stromquelle 100, 106, 107 herstell en, da über die vereisten Relaiskontakte kein elektrischer Kontakt realisiert werden kann. Eine auf einem oder beiden Relaiskontakten vorhandene Eisschicht kann die Kontakte soweit isolieren, dass kein Strom fließt. Im Ergebnis kann der Verbrennungsmotor 103 im Falle einer solchen Vereisung nicht gestartet werden.
In anderen Fällen kann im mechanischen Antriebsverbund l03m des Verbrennungsmotor 103 eine mechanische Beeinträchtigung vorliegen, die ein Andrehen des Verbrennungsmotors 103 durch den Starter 105 verhindert. Eine Beeinträchtigung kann beispielsweise im Blockieren bzw. Festsetzen einer mit dem mechanischen Antriebsverbund l03m verbundenen Komponente liegen. So kann beispielsweise der Generator 104 oder eine andere vom Verbrennungsmotor 103 angetriebene Komponente (z.B. Kompressor einer Klimaanlage, Ventiltrieb) mechanisch blockieren und damit, zum Beispiel über einen Antriebsriemen oder eine -kette den Verbrennungsmotor 103 ebenfalls blockieren. Im Ergebnis kann der Verbrennungsmotor 103 auch im Falle einer solchen Blockierung nicht gestartet werden.
Das Nichtstarten des Verbrennungsmotors 103 kann durch das Steuergerät 101 ermittelt werden, beispielsweise durch die Erkennung eines sogenannten„Open-Load-Fehlers“. Weiter kann das Steuergerät 101 basierend auf einem Stromverbrauch durch den Starter 105 ermitteln, ob der Starter 105 mit Strom versorgt wird, oder nicht. Ein Stromverbrauch durch den Starter 105 kann beispielsweise direkt gemessen oder auch über einen Spannungsabfall bzw. Spannungseinbruch im Bordnetz erfasst werden. Darüber hinaus kann das Steuergerät 101 über eine erfasste Drehzahl des Verbrennungsmotors 103 ermitteln, ob eine mechanische Blockierung vorliegt, oder nicht. Generell können die Vorgenannten Methoden einzeln oder in Kombination angewendet werden, um ein Nichtstarten und/oder aktuelle Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 103 zu ermitteln.
In einem Beispiel ermittelt das Steuergerät 101, dass der Starter 105 eine Stromaufnahme im Wesentlichen von Null aufweist, während das Starterrelais 102 geschlossen ist oder zum Schließen angesteuert worden ist. In diesem Beispiel kann auf eine Vereisung der Kontakte des Starterrelais 102 geschlossen werden, oder auf ein sonstiges Problem mit der Stromversorgung des Starters 105. Wie bereits erwähnt, kann die Stromaufnahme des Starters 105 zusätzlich bzw. alternativ über einen Spannungseinbruch im Bordnetz erfasst und so eine Vereisung erkannt werden. Letzteres lässt auf das Soll-Verhalten schließen, nämlich dass die Bordnetzspannung einbricht bzw. einbrechen muss, wenn der Starter 105 angesteuert wird, da dieser sehr hohen Strom zieht. Kann kein Spannungseinbruch festgestellt werden, dann ist davon auszugehen, dass die Ansteuerung nicht durchgreift.
In einem weiteren Beispiel ermittelt das Steuergerät 101, dass der Starter eine Stromaufnahme im Wesentlichen ungleich Null (z.B. eine Normstromaufnahme beim Starten des Verbrennungsmotors 103) aufweist, während der Verbrennungsmotor 103 eine Drehzahl im
Wesentlichen von Null aufweist. In diesem Beispiel kann auf eine Blockierung des Verbrennungsmotors 103 geschlossen werden. Alternativ bzw. zusätzlich kann auch in diesem Fall ein Spannungseinbruch erkannt werden, wahlweise in Kombination mit der (fehlenden) Drehzahl des Verbrennungsmotors 103.
In einem weiteren Beispiel ermittelt das Steuergerät 101, dass der Starter eine Stromaufnahme im Wesentlichen deutlich ungleich Null (z.B. eine Stromaufnahme, die erheblich über der Normstromaufnahme liegt) aufweist. In diesem Beispiel kann, wahlweise weiter basierend auf einer Drehzahl des Verbrennungsmotors 103 von Null oder nahe Null, ebenfalls auf eine Blockierung des Verbrennungsmotors 103 geschlossen werden.
Es versteht sich, dass weitere Fehlerzustände denkbar sind, in denen der Verbrennungsmotor 103 trotz entsprechender Ansteuerung des Starterrelais 102 durch das Steuergerät 101 nicht startet. Das Steuergerät 101 kann weiter konfiguriert sein, solche Fehlerzustände zu ermitteln.
Sobald das Steuergerät ein Nichtstarten des Verbrennungsmotors 103 (z.B. einen Fehlerzustand des Verbrennungsmotors 103) ermittelt hat, können über die Ansteuerung des Starterrelais 102 Maßnahmen ergriffen werden, die ein Starten des Verbrennungsmotors 103 in vielen Fällen trotzdem ermöglicht, ohne zusätzliche bauliche Maßnahmen oder manuelle Eingriffe, basierend ausschließlich auf einer spezifischen Ansteuerung des Starterrelais bzw. des Starters.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird das Starterrelais 102 basierend auf einem spezifischen Schema getaktet angesteuert, sodass nicht nur ein einmaliger Schließvorgang zum Schließen des Stromkreises zum Starter ausgelöst wird, sondern eine getaktete Ansteuerung vorgenommen wird, bei der das Starterrelais mehrfach geschlossen und wieder geöffnet wird.
Auf diese Weise können, im Falle einer Vereisung des Starterrelais, durch die wiederholte mechanische Einwirkung der sich schließenden Kontakte die Vereisungen aufgebrochen und im Wesentlichen entfernt werden, sodass der Starter 105 ohne manuelle Eingriffe wieder mit Strom versorgt wird. Ein Starten des Verbrennungsmotors 103 ist dann typischerweise problemlos möglich.
Im Falle des Vorliegens einer Blockierung kann durch die wiederholte Aktivierung des Starters 105 mechanisch eine Kraft, ein oder mehrere Impulse, Vibrationen, oder dergleichen in den mechanischen Antrieb sverbund induziert werden, welche die Blockierung potenziell lösen
können. Insbesondere, wenn die blockierte Komponente durch Korrosion (z.B. Verwitterung, Rost, Verunreinigungen durch Streusalz oder -split) festgesetzt ist kann eine so getaktete wiederholte Aktivierung des Starters 105 die Blockierung oft lösen.
Figur 2 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens 200 zur Ansteuerung eines Starters 105 eines Verbrennungsmotors 103 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Ansteuerung des Starters 105 erfolgt mittels eines Starterrelais 102, wobei das Starterrelais 102 konfiguriert ist, den Starter 105 wahlweise mit Strom zu versorgen. Hierbei wird der Starter 105 durch das Starterrelais 102 wahlweise mit Strom versorgt (d.h. die Arbeitskontakte des Relais sind geschlossen) oder vom Strom getrennt (d.h. die Arbeitskontakte des Relais sind geöffnet). Das Verfahren 200 beginnt in Schritt 201. Im optionalen Schritt 202 kann ein erstmaliges Ansteuem des Starterrelais erfolgen, um zu versuchen, den Motor zu starten.
In Schritt 204 wird ein Fehlerzustand des Verbrennungsmotors 103 ermittelt. Hierbei wird ein Fehlerzustand des Verbrennungsmotors 103 beim Startvorgang betrachtet, bei dem es sich um einen Fehler auf Seiten des Verbrennungsmotors 103, in der Fahrzeugelektrik (z.B. Leitung, Batterie) oder beim Starter handeln kann. Der Fehlerzustand des Verbrennungsmotors kann basierend auf einem der folgenden ermittelt werden: Ermitteln einer Stromaufnahme des Starters 105, Ermitteln (des Fehlens) Eines Spannungseinbruchs im Bordnetz 100 (beim planmäßigen bzw. fehlerfreien Starten des Verbrennungsmotors tritt ein solcher Spannungseinbruch regelmäßig auf), Ermitteln einer Drehzahl des Verbrennungsmotors 103 und/oder Ermitteln eines Open -Load-Fehlers. Beispielsweise kann der Fehlerzustand basierend auf einer Stromaufnahme des Starters 105 von im Wesentlichen Null (und/oder basierend auf einem fehlenden Spannungseinbruch des Bordnetzes 100; siehe oben) ermittelt werden, wobei in diesem Beispiel wahrscheinlich eine Vereisung des Starterrelais vorliegt. Weiter kann der Fehlerzustand beispielsweise basierend auf einem festgestellten Open -Load-Fehl er ermittelt werden (wahrscheinlich Vereisung oder Blockierung). In einem weiteren Beispiel kann der Fehlerzustand basierend auf einer Drehzahl des Verbrennungsmotors 103 von im Wesentlichen von Null und einer Stromaufnahme des Starters 105 von im Wesentlichen ungleich Null ermittelt werden, wobei in diesem Beispiel wahrscheinlich eine Blockierung vorliegt. Weiter kann der Fehlerzustand basierend auf einer Stromaufnahme des Starters 105, die wesentlich größer ist, als eine Normstromaufnahme des Starters 105 bei regulären Startvorgängen des Verbrennungsmotors 103, ermittelt werden. Auch in diesem Beispiel liegt wahrscheinlich eine Blockierung vor.
In Schritt 206, nachdem das Voriiegen eines Fehlerzustands ermittelt wurde, wird mehrmaliges Ansteuem des Starterrelais 102 gestartet. Ansteuem des Starterrelais 102 bedeutet generell ein Schließen und anschließendes Öffnen des Relais bzw. der Arbeitskontakte des Relais. Generell umfasst das Ansteuern ein regelmäßiges An- bzw. Abfallen der Ansteuerung, wobei währenddessen eine kontinuierliche Überwachung erfolgt, ob der Verbrennungsmotor 103 zwischenzeitlich gestartet (und somit der Fehlerzustand behoben) werden konnte. Hierbei erfolgt das Schließen bzw. Öffnen der Kontakte nach einem vorbestimmten Schema.
Generell kann ein Startvorgang im Normalfall sehr zügig durchgeführt werden. Bei warmen Temperaturen sind Werte unter 500ms und bei sehr kalten Temperaturen bis zu 3000ms möglich. Grundsätzlich gelten die vorgenannten Werte bei einem funktionalen Stromkreis, d.h. der Starter 105 wird in diesem Zeitraum betrieben, bis die Verbrennungen ein Drehmoment erzeugen und wodurch der Verbrennungsmotor 103 selbständig laufen kann. Bei einem nicht funktionalen Stromkreis wird der Startvorgang bis zu ca. 600ms beobachtet, wobei dann die Ersatzreaktion gestartet wird.
Im Falle von Problemen kann ein zyklisches Schließen und Öffnen der Kontakte bevorzugt mit einer Periode von ca. 360ms und einem Tastverhältnis von 50% erfolgen. Das bedeutet, dass die Kontakte des Starterrelais 102 zunächst für einen Zeitraum von ca. l80ms geschlossen, und anschließend für einen Zeitraum von ca. l80ms geöffnet werden. Danach wiederholt sich der Zyklus, solange der Verbrennungsmotor 103 nicht startet oder eine Abbruchbedingung erfüllt ist (z.B. Zeitlimit, Benutzeranforderung bzw. -abbruch, Motor startet).
Generell kann der vorgenannte Zyklus auch länger oder kürzer ausfallen, beispielsweise mit einer Periodendauer von bis zu 500ms, vorzugsweise 460ms, ebenfalls bei einem Tastverhältnis von 50%. In manchen Ausführungsformen können andere Tastverhältnisse bzw. Periodendauern eingesetzt werden.
In Schritt 208 wird ein aktueller Zustand des Verbrennungsmotors 103 ermittelt, wobei der aktuelle Zustand des Verbrennungsmotors 103 mindestens einen Fehlerzustand oder mindestens einen Betriebszustand anzeigt. Das bedeutet, dass der aktuelle Zustand entweder noch immer ein Fehlerzustand ist (bzw. dieser einen Fehlerzustand beinhaltet), oder dass der aktuelle Zustand ein Betriebszustand ist (bzw. einen solchen beinhaltet). Im ersten Fall konnte der Verbrennungsmotor 103 noch nicht gestartet werden (Fehlerzustand), im zweiten Fall schon (Betriebszustand). Falls der aktuelle Zustand mindestens einen Betriebszustand anzeigt, erfolgt
in Schritt 210 Beenden des mehrmaligen Ansteuerns des Starterrelais 102. Anderenfalls erfolgt erneutes Ermitteln 208 des aktuellen Zustands, bis (vgl. Übergang 209) eine Abbruchbedingung (siehe oben), insbesondere einer der folgenden Fälle, eintritt: Erreichen eines vorbestimmten Zeitlimits oder Erreichen einer maximalen Anzahl von Ansteuerungen innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne. Gemäß vorliegend offenbarter Ausführungsformen beträgt das vorbestimmte Zeitlimit ca. 15 Sekunden, vorzugsweise ca. 10 Sekunden, und/oder es beträgt die maximale Anzahl von Ansteuerungen ca. 50 Zyklen (ä 360ms), vorzugsweise ca. 30 Zyklen (ä 360ms). Das Verfahren endet bei Schritt 212.
Wenn vorliegend von einem Fahrzeug die Rede ist, so handelt es hierbei bevorzugt um ein mehrspuriges Kraftfahrzeug (PKW, LKW, Transporter). Daraus ergeben sich mehrere im Rahmen dieses Dokuments explizit beschriebene sowie mehrere weitere für den Fachmann nachvollziehbare Vorteile.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
Claims
1. Verfahren (200) zur Ansteuerung eines Starters (105) eines Verbrennungsmotors (103) mittels eines Starterrelais (102), wobei das Starterrelais (102) konfiguriert ist, den Starter (105) über ein Bordnetz (100) wahlweise mit Strom zu versorgen, das
Verfahren umfassend:
Ermitteln (204) eines Fehlerzustands des Verbrennungsmotors (103);
Starten (206) mehrmaligen Ansteuerns des Starterrelais (102);
Ermitteln (208) eines aktuellen Zustands des Verbrennungsmotors (103) wobei der aktuelle Zustand des Verbrennungsmotors (103) mindestens einen Fehlerzustand oder mindestens einen Betriebszustand anzeigt; und
wenn der aktuelle Zustand mindestens einen Betriebszustand anzeigt, Beenden (210) des mehrmaligen Ansteuerns des Starterrelais (102), anderenfalls erneutes Ermitteln (208) des aktuellen Zustands.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei Ansteuem des Starterrelais (102) umfasst: Schließen des Starterrelais (102) für einen ersten vorbestimmten Zeitraum und anschließendes Öffnen des Starterrelais (102) für einen zweiten vorbestimmten Zeitraum.
3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, weiter umfassend erstmaliges
Ansteuem des Starterrelais (102); wobei der erste vorbestimmte Zeitraum im Falle des erstmaligen Ansteuerns des Starterrelais (102) im Bereich von bis zu 3000ms liegt , vorzugsweise im Bereich von bis zu 500ms.
4. Verfahren nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste
vorbestimmte Zeitraum im Falle des mehrmaligen Ansteuerns des Starterrelais (102) im Bereich von l30ms bis 230ms liegt, vorzugsweise im Bereich von ca. l80ms.
5. Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite
vorbestimmte Zeitraum im Falle des mehrmaligen Ansteuerns des Starterrelais (102) im Bereich von l30ms bis 230ms liegt, vorzugsweise im Bereich von ca. l80ms .
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Ermitteln des
Fehlerzustands bzw. des aktuellen Zustands des Verbrennungsmotors (103) basierend auf einem oder mehreren der folgenden Schritte ausgeführt wird:
Ermitteln einer Stromaufnahme des Starters (105);
Ermitteln eines Nichteinbrechens der Spannung des Bordnetzes (100);
Ermitteln einer Drehzahl des Verbrennungsmotors (103); und
Ermitteln eines Open-Load-Fehlers.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Ermitteln eines
Fehlerzustands des Verbrennungsmotors (103) basierend auf einem oder mehreren der folgenden Schritte ausgeführt wird:
Ermitteln des Fehlerzustands basierend auf einer Stromaufnahme des Starters (105) von im Wesentlichen Null;
Ermitteln einer Spannung des Bordnetzes (100) und Feststellen des Fehlens eines erwarteten Spannungseinbruchs;
Ermitteln eines Spannungseinbruchs in der Spannung des Bordnetzes (100), der geringer ist, als ein erwarteter Spannungseinbruch;
Ermitteln des Fehlerzustands basierend auf einem festgestellten Open-Load-Fehler; Ermitteln des Fehlerzustands basierend auf einer Drehzahl des Verbrennungsmotors (103) von im Wesentlichen von Null und einer Stromaufnahme des Starters (105) von im Wesentlichen ungleich Null; und
Ermitteln des Fehlerzustands basierend auf einer Stromaufnahme des Starters (105), die wesentlich größer ist, als eine Normstromaufnahme des Starters (105) bei regulären Startvorgängen des Verbrennungsmotors (103).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aktuelle Zustand des Verbrennungsmotors (103) weiter mindestens einen Abbruchzustand anzeigt, wobei der Abbruchzustand basierend auf einem oder mehreren der folgenden Schritte ermittelt wird:
Überschreiten eines vorbestimmten Zeitlimits seit dem Starten des mehrmaligen Ansteuerns des Starters (105), wobei optional das vorbestimmte Zeitlimit bis zu 15 Sekunden beträgt, vorzugsweise bis zu 10 Sekunden;
Überschreiten einer maximalen Anzahl von Ansteuerungen des Starters (105) innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne, wobei optional die maximale Anzahl kleiner als 50, vorzugsweise kleiner als 30 ist, und/oder die vorbestimmte Zeitspanne kleiner als 15 Sekunden, vorzugsweise kleiner als 10 Sekunden ist;
Zurücknehmen einer Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors (103) durch
einen Nutzer oder eine Motorsteuerung; und
Starten des Verbrennungsmotors (103);
das Verfahren weiter umfassend:
wenn der aktuelle Zustand mindestens einen Abbruchzustand anzeigt, Beenden (210) des mehrmaligen Ansteuerns des Starterrelais (102).
9. System zur Ansteuerung eines Starters (105) eines Verbrennungsmotors (103),
umfassend:
ein Steuergerät (101);
eine Stromquelle (106, 107);
ein Starterrelais (102), verbunden mit dem Steuergerät (101) und konfiguriert, den
Starter (105) des Verbrennungsmotors (103) wahlweise mit Strom aus der Stromquelle (106, 107) zu versorgen; wobei
das Steuergerät konfiguriert ist, das Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
10. Fahrzeug, umfassend das System nach dem vorhergehenden Anspruch.
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