DE102010053625B4

DE102010053625B4 - Verfahren zur Steuerung eines vorrotierenden Starters

Info

Publication number: DE102010053625B4
Application number: DE102010053625.3A
Authority: DE
Inventors: Tarig O. Hashim
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2030-12-08
Also published as: CN102094738B; CN102094738A; US20110139108A1; US8251034B2; DE102010053625A1

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Startsystems (1) für eine Maschine (10) eines Kraftfahrzeugs, das einen vorrotierenden Starter (16) zum wahlweisen Kämmen mit einem Zahnkranz (14) der Maschine (10) und Starten derselben und einen Controller (38) zum Steuern des Startens der Maschine (10) aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Erfassen der Drehzahl des vorrotierenden Starters (16); Erfassen der Drehzahl des Zahnkranzes (14) der Maschine (10); Ineingriffbringen des vorrotierenden Starters (16) mit dem Zahnkranz (14) der Maschine (10); und Anlegen eines Drehmoments durch den vorrotierenden Starter (16) an die Maschine (10), um die Maschine zu starten; wobei vor dem Schritt des Ineingriffbringens des vorrotierenden Starters (16) mit dem Zahnkranz (14) der Maschine (10) die Drehzahl des vorrotierenden Starters (16) geregelt wird, um die Drehzahl des vorrotierenden Starters (16) mit der Drehzahl des Zahnkranzes (14) der Maschine (10) zu synchronisieren; dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen ferner umfasst, dass bestimmt wird, ob die erfassten Drehzahlen des vorrotierenden Starters (16) und des Zahnkranzes (14) der Maschine (10) innerhalb einer vorgegebenen Drehzahldifferenz liegen, wobei das Regeln der Drehzahl des vorrotierenden Starters (16) durch den Controller (38) nur dann ausgeführt wird, wenn die erfassten Drehzahlen des vorrotierenden Starters (16) und des Zahnkranzes (14) der Maschine (10) nicht innerhalb der vorgegebenen Drehzahldifferenz liegen, wobei andernfalls das Verfahren direkt damit fortfährt, den vorrotierenden Starter (16) mit dem Zahnkranz (14) der Maschine (10) in Eingriff zu bringen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines vorrotierenden [engl.: ”pre-spun”] Starters, der zum Starten einer Maschine eines Kraftfahrzeugs genutzt wird, und insbesondere auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie aus der DE 10 2006 039 112 A1 bekannt.
Ein anderes Verfahren zum Starten einer Kraftmaschine beschreibt ferner die DE 10 2006 011 644 A1 .
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In einem typischen Kraftfahrzeug wird die Maschine des Fahrzeugs wie etwa eine Brennkraftmaschine üblicherweise über einen Starter gedreht, um zu veranlassen, dass sich die Maschine selbst anzutreiben beginnt. Ein typischer Starter enthält ein Ritzelzahnrad, das durch einen Elektromotor angetrieben wird, und wird für den Eingriff mit einem Zahnkranz, das am Schwungrad oder an der Mitnehmerscheibe der Maschine befestigt ist, herausgeschoben, um die Maschine zu starten.
In einigen Anwendungen wird für diese Funktion ein vorrotierender Starter genutzt. Ein vorrotierender Starter ist ein Typ eines Starters, in dem die Drehung des Ritzelzahnrads getrennt von seinem Eingriff mit dem Maschinenzahnkranz gesteuert wird. Ein solcher Starter kann in einem herkömmlichen Fahrzeug, das ein einzelnes Antriebsaggregat aufweist, oder in einer Hybridfahrzeuganwendung, die sowohl eine Brennkraftmaschine als auch einen Motor/Generator zum Antreiben des Fahrzeugs enthält, genutzt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es wird ein Verfahren zum Steuern eines Startsystems für eine Maschine eines Kraftfahrzeugs geschaffen, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Erfassen der Drehzahl des vorrotierenden Starters über einen optischen Drehzahlsensor oder einen magnetischen Winkelgeschwindigkeitssensor ausgeführt. Der magnetische Winkelgeschwindigkeitssensor kann ein Hall-Effekt-Typ sein.
In Übereinstimmung mit dem Verfahren kann das Erfassen der Drehzahl der Maschine ähnlich über einen optischen Drehzahlsensor oder über einen magnetischen Winkelgeschwindigkeitssensor ausgeführt werden. In diesem Fall kann der magnetische Winkelgeschwindigkeitssensor ebenfalls ein Hall-Effekt-Typ sein.
Das Fahrzeug, das das Verfahren nutzt, kann ein Hybrid-Elektrotyp sein, der einen Motor/Generator aufweist, der das Fahrzeug vorwärts treiben kann, sodass die Maschine abgeschaltet werden kann, wenn der Motor/Generator läuft.
Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs, der ein Startsystem für eine Maschine enthält; und
2 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Steuern des in 1 gezeigten Startsystems darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In den Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten beziehen, zeigt 1 eine schematische Ansicht eines Startsystems 1 für einen Hybrid-Elektrofahrzeug-Antriebsstrang. Das Startsystem 1 enthält eine Maschine 10. Obwohl das Startsystem 1 für einen Hybrid-Elektrofahrzeug-Antriebsstrang dargestellt ist, kann das System in irgendeinem Fahrzeugantriebsstrang genutzt werden, der eine Maschine 10 aufweist.
Die Maschine 10 enthält ein Schwungrad (oder eine Mitnehmerscheibe) 12, das (die) an einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) der Maschine befestigt ist. Üblicherweise ist das Schwungrad 12 über Befestigungselemente wie etwa Bolzen oder Schrauben (nicht gezeigt) an der Kurbelwelle befestigt. An dem Außenumfang des Schwungrads 12 ist ein Zahnkranz 14 angeordnet, das ein spezifisches Zahnprofil und einen spezifischen Zahnabstand aufweist. Wie der Fachmann auf dem Gebiet versteht, weist der Zahnkranz 14 üblicherweise einen Außendurchmesser auf, der so ausgelegt ist, dass er ein effektives Starten der Maschine 10 erleichtert.
Ein vorrotierender Starter 16 ist in Bezug auf die Maschine 10 in nächster Nähe zu dem Zahnkranz 14 zum Starten der Maschine angeordnet. Der vorrotierende Starter 16 enthält einen Elektromotor 18. Der Elektromotor 18 wird zum Drehen eines Ritzelzahnrads 20 über eine Welle 22 genutzt. Zum genauen Kämmen und Eingriff enthält das Ritzelzahnrad 20 ein Zahnprofil und einen Zahnabstand, die jenen des Zahnkranzes 14 entsprechen. Der vorrotierende Starter 16 enthält eine Ritzeleingriffs-Solenoidanordnung 24, die ein Motorsolenoid 26 und ein Ritzelschaltsolenoid 28 enthält.
Der Elektromotor 18 wird über eine Hebelanordnung 26A durch ein Motorsolenoid 26 aktiviert, um die Welle 22 zu drehen und das Ritzelzahnrad 20 bis auf eine vorgegebene Drehzahl rotieren zu lassen. Nachdem der Elektromotor 18 durch das Motorsolenoid 26 aktiviert worden ist, schiebt das Ritzelschaltsolenoid 28 das Ritzelzahnrad 20 über eine Hebelanordnung 28A für den Eingriff mit dem Zahnkranz 14 aus der Ritzelzahnrad-Ruheposition, um die Maschine 10 zu starten. Wenn die Maschine 10 gestartet worden ist, wird das Ritzelzahnrad 20 üblicherweise vom Zahnkranz 14 gelöst und in seine Ruheposition eingefahren.
Der Begriff ”vorrotierend”, wie er zur Bezeichnung des Starters 16 genutzt wird, gibt eine Startervorrichtung an, in der die Drehung des Ritzelzahnrads 20 und der Eingriff des Ritzelzahnrads mit dem Maschinenzahnkranz 14 unabhängig voneinander gesteuert werden. Eine solche unabhängige Steuerung ist möglich, da die Motorsolenoide 26 und 28 beide verschieden und getrennt steuerbar sind, um die vorstehenden Funktionen auszuführen. Somit kann das Ritzelzahnrad 20 bis auf eine vorgegebene Drehzahl zum Vorrotieren gebracht werden, bevor es für den Eingriff mit dem Zahnkranz 14 herausgeschoben wird.
Der vorrotierende Starter 16 kann in irgendeinem Fahrzeug genutzt werden, das eine Maschine 10 aufweist, ist aber besonders nützlich in einem Fahrzeug, das ein Start-Stopp-System für die Maschine nutzt. Wie der Fachmann auf dem Gebiet weiß, ist ein Start-Stopp-System eines, bei dem die Maschine 10 abgeschaltet werden kann, wenn die Maschinenleistung nicht erforderlich ist, das aber außerdem sofort neu gestartet werden kann, wenn wieder Maschinenleistung zum Vorwärtstreiben des Fahrzeugs angefordert wird.
1 zeigt außerdem ein Getriebe 30, das mit der Maschine 10 verbunden ist, um Maschinenleistung an Antriebsräder (nicht gezeigt) des betreffenden Fahrzeugs zu übertragen. Das Getriebe 30 enthält außerdem eine geeignete Getriebezuganordnung, die nicht gezeigt ist, deren Existenz der Fachmann auf dem Gebiet aber würdigen kann. Innerhalb des Getriebes 30 ist ein Motor-Generator 32 angeordnet. Der Motor-Generator 32 wird genutzt, um das jeweilige Fahrzeug entweder zusammen mit der Maschine 10 oder ohne ihre Begleitung vorwärts zu treiben. Wenn der Motor/Generator 32 läuft, kann die Maschine 10 abgeschaltet werden, sodass das Start-Stopp-System sogar genutzt werden kann, wenn das jeweilige Fahrzeug unterwegs ist.
In der Nähe des Schwungrads 12 ist gegenüber dem Zahnkranz 14 ein erster Drehzahlsensor 34 angeordnet, sodass der erste Sensor die Drehzahl oder die Winkelgeschwindigkeit (RPM) der Maschine 10 erfassen kann. Wie der Fachmann auf dem Gebiet weiß, wird das Erfassen der Drehzahl der Maschine 10 vorzugsweise durch Registrieren der Winkelgeschwindigkeit eines speziell bereitgestellten Merkmals (nicht gezeigt) an dem Zahnkranz 14 oder durch Registrieren der Winkelgeschwindigkeit der tatsächlichen Zahnkranzzähne ausgeführt. In der Nähe des vorrotierenden Starters 16 ist gegenüber irgendwelchen der Starterdrehkomponenten wie etwa einem Rotor des Elektromotors 18, dem Ritzelzahnrad 20 oder der Welle 22 ein zweiter Drehzahlsensor 36 angeordnet, damit der zweite Sensor die Drehzahl des Starters erfassen kann. Wie der Fachmann auf dem Gebiet versteht, kann jeder der Drehzahlsensoren 34 und 36 entweder als ein optischer Näherungssensor oder als ein magnetischer Winkelgeschwindigkeitssensor wie etwa ein Hall-Effekt-Sensor, der seine Ausgangsspannung in Ansprechen auf Änderungen des Magnetfelds ändert, konfiguriert sein.
An dem Fahrzeug ist in Bezug auf den Fahrzeugantriebsstrang ein Controller 38 angeordnet und zum Steuern des Startens der Maschine 10, insbesondere während des Start-Stopp-Betriebs, konfiguriert. Der Controller 38 ist zum Regeln der Drehzahl des vorrotierenden Starters 16 konfiguriert, um die Drehzahl des Starters auf der Grundlage der durch die Drehzahlsensoren 34 und 36 erfassten Parameter mit der Drehzahl der Maschine 10 im Wesentlichen zu synchronisieren. Darüber hinaus kann die Regelung der Drehzahl des vorrotierenden Starters 16 auf einer Bestimmung beruhen, ob die erfassten Drehzahlen des vorrotierenden Starters und der Maschine 10 innerhalb einer vorgegebenen Drehzahldifferenz liegen. Die vorgegebene Differenz der Drehzahlen des vorrotierenden Starters 16 und der Maschine 10 kann über ein empirisches Verfahren oder durch konstruktive Maßnahmen festgesetzt werden.
Dementsprechend kann die Synchronisation der Drehzahlen des vorrotierenden Starters 16 und der Maschine 10 durch den Controller 38 ausgeführt werden, falls bestimmt wird, dass die erfassten Drehzahlen des vorrotierenden Starters und der Maschine außerhalb der vorgegebenen Drehzahldifferenz liegt. Die Regelung der Drehzahl des vorrotierenden Starters 16 wird entweder bevor oder nachdem das Ritzelzahnrad 20 durch den Elektromotor 18 zum Vorrotieren gebracht worden ist, aber bevor das Ritzelzahnrad aus dem Eingriff und Kämmen mit dem Zahnkranz 14 geschoben wird, ausgeführt. Eine solche Synchronisation der Drehzahlen des vorrotierenden Starters 16 und der Maschine 10 führt zu verringertem Schall, verringerten Schwingungen und verringerten Schlägen (SSS) während des Starts der Maschine, falls die Drehzahl der Maschine nach einer Maschinenabschaltung aus irgendeinem Grund nicht auf die RPM null abnimmt.
2 zeigt ein Verfahren 50 zum Steuern eines Startsystems für eine Maschine eines Kraftfahrzeugs, die einen vorrotierenden Starter 16 zum wahlweisen Kämmen mit und Starten der Maschine 10 aufweist. Obwohl das Verfahren 50 hier in der Weise beschrieben ist, dass es zum Verringern von SSS in einem Hybrid-Elektrofahrzeug aus 1 genutzt wird, kann es ähnlich in anderen Typen von Fahrzeugen genutzt werden, die die Maschine 10 nutzen.
Das Verfahren beginnt im Rahmen 52, in dem die Drehzahl des vorrotierenden Starters 16 erfasst wird. Auf den Rahmen 52 folgend geht das Verfahren zum Rahmen 54 über, wo die Drehzahl der Maschine 10 erfasst wird. Nach dem Rahmen 54 kann der Controller 38 in Übereinstimmung mit dem Verfahren 50 in dem Rahmen 56 (wie in Bezug auf 1 beschrieben) bestimmen, ob die erfassten Drehzahlen des vorrotierenden Starters 16 und der Maschine 10 innerhalb einer vorgegebenen Drehzahldifferenz liegen. Falls in einer solchen Situation in dem Rahmen 56 bestimmt worden ist, dass die erfassten Drehzahlen des vorrotierenden Starters 16 und der Maschine 10 nicht innerhalb der vorgegebenen Drehzahldifferenz liegen, geht das Verfahren zum Rahmen 58 über.
Im Rahmen 58 wird die Drehzahl des vorrotierenden Starters 16 durch den Controller 38 in der Weise geregelt, dass die Drehzahlen des vorrotierenden Starters und der Maschine 10 im Wesentlichen synchronisiert werden. Auf den Rahmen 58 folgend schleift das Verfahren zum Rahmen 52 zurück, um die Betriebe in den Rahmen 52, 54 und 56 auszuführen und zu bestätigen, dass die erfassten Drehzahlen des vorrotierenden Starters 16 und der Maschine 10 innerhalb der vorgegebenen Drehzahldifferenz eingestellt worden sind.
Falls in dem Rahmen 56 bestimmt wird, dass die erfassten Drehzahlen des vorrotierenden Starters und der Maschine innerhalb der vorgegebenen Drehzahldifferenz liegen, geht das Verfahren zum Rahmen 60 über. Im Rahmen 60 steuert der Controller 38 das Ritzelzahnrad 20 zum Eingriff mit dem Zahnkranz 14, d. h. den vorrotierenden Starter 16 zum Eingriff mit der Maschine 10. Nachdem der Eingriff des vorrotierenden Starters 16 mit der Maschine 10 abgeschlossen ist, geht das Verfahren zum Rahmen 62 über, wo der Controller 38 den vorrotierenden Starter 16 zum Anlegen eines Drehmoments an die Maschine 10 steuert, sodass die Maschine gestartet wird.
Falls in dem optionalen Rahmen 56 andererseits bestimmt wird, dass die erfassten Drehzahlen des vorrotierenden Starters und der Maschine innerhalb der vorgegebenen Drehzahldifferenz liegen, geht das Verfahren direkt zum Rahmen 60 und von dort zum Rahmen 62 über, um die Maschine 10 über den vorrotierenden Starter 16 zu starten.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Startsystems (1) für eine Maschine (10) eines Kraftfahrzeugs, das einen vorrotierenden Starter (16) zum wahlweisen Kämmen mit einem Zahnkranz (14) der Maschine (10) und Starten derselben und einen Controller (38) zum Steuern des Startens der Maschine (10) aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Erfassen der Drehzahl des vorrotierenden Starters (16); Erfassen der Drehzahl des Zahnkranzes (14) der Maschine (10); Ineingriffbringen des vorrotierenden Starters (16) mit dem Zahnkranz (14) der Maschine (10); und Anlegen eines Drehmoments durch den vorrotierenden Starter (16) an die Maschine (10), um die Maschine zu starten; wobei vor dem Schritt des Ineingriffbringens des vorrotierenden Starters (16) mit dem Zahnkranz (14) der Maschine (10) die Drehzahl des vorrotierenden Starters (16) geregelt wird, um die Drehzahl des vorrotierenden Starters (16) mit der Drehzahl des Zahnkranzes (14) der Maschine (10) zu synchronisieren; dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen ferner umfasst, dass bestimmt wird, ob die erfassten Drehzahlen des vorrotierenden Starters (16) und des Zahnkranzes (14) der Maschine (10) innerhalb einer vorgegebenen Drehzahldifferenz liegen, wobei das Regeln der Drehzahl des vorrotierenden Starters (16) durch den Controller (38) nur dann ausgeführt wird, wenn die erfassten Drehzahlen des vorrotierenden Starters (16) und des Zahnkranzes (14) der Maschine (10) nicht innerhalb der vorgegebenen Drehzahldifferenz liegen, wobei andernfalls das Verfahren direkt damit fortfährt, den vorrotierenden Starter (16) mit dem Zahnkranz (14) der Maschine (10) in Eingriff zu bringen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erfassen der Drehzahl des vorrotierenden Starters (16) über einen optischen Drehzahlsensor oder über einen magnetischen Winkelgeschwindigkeitssensor ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der magnetische Winkelgeschwindigkeitssensor ein Hall-Effekt-Typ ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erfassen der Drehzahl des Zahnkranzes (14) der Maschine (10) über einen optischen Drehzahlsensor oder über einen magnetischen Winkelgeschwindigkeitssensor ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der magnetische Winkelgeschwindigkeitssensor ein Hall-Effekt-Typ ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeug ein Fahrzeug vom Hybrid-Elektrotyp ist, das einen Motor/Generator aufweist, der das Fahrzeug vorwärts treiben kann, und die Maschine (10) abgeschaltet werden kann, wenn der Motor/Generator läuft.