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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein kraftstoffsparendes Kraftfahrzeug, welches energiesparend und umweltschonend ist.
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Stand der Technik
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Um Energieeinsparungen und Umweltschutz zu erreichen, wurde ein System entwickelt, welches bewirkt, dass eine Leerlaufabschaltung eines Motors in einem vordefinierten Zustand auftritt, welcher eine vorübergehende Abschaltung des Motors gestattet, während ein Kraftfahrzeug gefahren wird, und ein solches System wird tatsächlich in einige Kraftfahrzeugmodelle eingebaut. Manche in Kraftfahrzeugmodelle, welche die Leerlaufabschaltung unterstützen, eingebaute Systeme gestatten, dass die Leerlaufabschaltung sogar in einem verzögerten Zustandauftritt, bevor das Fahrzeug zum Stillstand gebracht wird (im Folgenden als ein Ausrollbereich bezeichnet). Ein solches System ist erforderlich, um während einer Zeitdauer, welche mit dem Beginn einer Schubabschaltung beginnt und mit einer Motorabschaltung endet, den Motor sofort zu starten, sobald eine Fahrzeugneustart-Anforderung oder eine Motorneustart-Anforderung auf der Grundlage einer Absicht eines Fahrers empfangen wird. Demgemäß erregt ein bekanntes Verfahren (Patentdokument 1) einen Startermotor so, dass es seine Drehzahl während einer Phase der Motorträgheitsdrehung steuert, und wenn eine Drehzahl eines koaxial mit dem Startermotor verbundenen Ritzels mit einer Drehzahl eines Zahnkranzes des Motors synchronisiert ist, veranlasst dieses Verfahren das Ritzel, in den Zahnkranz einzuspuren, wodurch der Motor mittels Starteransteuerung wieder gestartet wird.
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Wesentliche bei dem oben erwähnten Verfahren zu lösende Probleme sind die Geräuschminderung und das Erreichen einer Ansprechempfindlichkeit. Speziell müssen, im Hinblick auf die Marktgängigkeit, ein mit dem beim Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz erzeugten Zusammenprall verbundenes Geräusch und ein beim Drehen des Startermotors durch eine pulsierende Drehung des Verbrennungsmotors nach Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz erzeugtes Geräusch gemindert werden. Darüber hinaus ist es, wenn auf der Grundlage einer Absicht eines Fahrers während einer Motorträgheitsdrehung und in einem extrem niedrigen Drehzahlbereich, in welchem ein Neustarten durch Wiederaufnahme der Kraftstoffeinspritzung schwierig ist, eine Fahrzeugneustart-Anforderung oder eine Motorneustart-Anforderung ausgegeben wird, erforderlich, sofort eine Starteransteuerung durchzuführen, um dadurch eine Ansprechempfindlichkeit wie Motorstartbarkeit oder Fahrzeugstartbarkeit zustandezubringen. Die Geräuschminderung und das Erreichen einer Ansprechempfindlichkeit stehen jedoch in einem Zielkonflikt - speziell wird durch Verbessern des einen Merkmals das andere verschlechtert. Diese beiden Merkmale weisen außerdem eine von einem absoluten Wert einer Motordrehzahl beim Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz abhängende Eigenart auf (eine höhere Motordrehzahl beim Einspuren hat eine bessere Ansprechempfindlichkeit, aber eine schlechte Geräuschminderung zur Folge, wohingegen das Einspuren bei niedrigen Drehzahlen eine bessere Geräuschminderungswirkung, aber eine schlechte Ansprechempfindlichkeit bewirkt). Demgemäß muss die Motordrehzahl beim Einspuren zwischen dem Ritzel und dem Zahnkranz auf der Grundlage einer jedem einzelnen Fahrzeug entsprechenden Anpassung ermittelt werden.
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Dokument zum Stand der Technik
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Patentdokument
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Patentdokument 1
JP-2010-106825-A -
Die folgenden Druckschriften beschreiben ebenfalls jeweils Verfahren zum Ansteuern einer Startvorrichtung. Zusätzlich beschreibt Druckschrift
DE 10 2010 001 773 A1 , als nächstkommender Stand der Technik, dass eine Drehzahl einer Antriebswelle mit einer vorgegebenen Drehzahl verglichen wird, und im Fall, dass die Drehzahl kleiner als die vorgegebene Drehzahl ist, ein Andrehritzel vorgespult wird.
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Druckschrift
DE 10 2006 011 644 A1 beschreibt zusätzlich, dass zumindest ein Mittel vorhanden ist, durch das ein Bewegungszustand eines ersten Getriebeteils und ein Bewegungszustand eines zweiten Getriebeteils ermittelt wird und anhand der Bewegungszustände ein Getriebeteil eingespult wird.
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Druckschrift
DE 10 2005 004 326 A1 beschreibt zusätzlich, dass ein Steuermotor mittels einer Steuereinheit gesteuert wird.
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Druckschrift
DE 10 2011000 411 A1 beschreibt zusätzlich, dass anhand eines vorhergesagten Werts einer Motordrehzahl und eines gemessenen Werts der Motordrehzahl beurteilt wird, ob ein Neustart eines Motors erfolgreich war.
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Druckschrift
DE 10 2010 061 084 A1 beschreibt zusätzich, dass ein Vorhersager eine zukünftige Bahn eines Abfalls einer Drehgeschwindigkeit einer Kurbelwelle basierend auf Informationen vorhersagt, die dem Abfall der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle zugeordnet sind. Ein Bestimmer bestimmt basierend auf der zukünftigen Bahn des Abfalls der Drehgeschwindigkeit der internen Verbrennungsmaschine einen Zeitpunkt eines Treibens eines Starters.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösendes Problem
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Bekannte Verfahren lassen jedoch im allgemeinen eine Sequenz durchführen, um das Ritzel unter einer Bedingung in den Zahnkranz einzuspuren, bei der die Drehzahl des in einer Trägheitsdrehung laufenden Motors nach Durchführung der Schubabschaltung kleiner als oder gleich einem vordefinierten Wert ist, oder bei der ein Drehzahlunterschied zwischen dem Motor und dem Ritzel in einen vordefinierten Bereich fällt, nachdem der Startermotor nach Verstreichen einer vordefinierten Zeitdauer nach der Durchführung der Schubabschaltung erregt wurde. Infolgedessen sind die Motordrehzahl und die Ritzeldrehzahl beim Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz unbekannt, bis die Sequenz abgeschlossen ist. Somit ist die tatsächliche Drehzahl beim Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz nicht gesichert.
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Darüber hinaus bleibt das Motordrehverhalten während einer Trägheitsdrehung nicht zu jeder Zeit gleich. Die Motorlast schwankt je nach Beeinflussung zum Beispiel durch einen Bremspedaldruck, welchen der Fahrer ausübt, und durch Betriebszustände von Hilfsaggregaten. Verständlicherweise wird die Schwankung auch durch Veränderungen im Motordrehverhalten infolge zeitabhängiger Veränderungen verursacht.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die Probleme mit dem kraftstoffsparenden Kraftfahrzeug zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kraftstoffsparendes Kraftfahrzeug mit in dieser Hinsicht vorgenommenen Verbesserungen bereitzustellen.
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Insbesondere löst die vorgestellte Erfindung die Aufgabe, ein mit einem Einspuren eines Ritzels in einen Zahnkranz verbundenes Geräusch und ein beim Drehen eines Startermotors durch eine pulsierende Drehung eines Verbrennungsmotors nach Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz erzeugtes Geräusch zu minimieren.
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Mittel zum Lösen des Problems
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Die voranstehend genannte Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Patnetanspruchs 1.
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Um die vorerwähnten Probleme zu lösen, sieht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Vorrichtung zum Steuern eines Kraftfahrzeugs mit einer Leerlaufabschaltungsfunktion vor, wobei die Vorrichtung eine Motordrehverhaltens-Aufzeichnungseinheit enthält, welche das Motordrehverhalten überwacht und darin Motordrehverhaltens-Informationen für eine Zeitdauer speichert, welche beginnt, wenn im Anschluss an das Erfülltsein einer vordefinierten Leerlaufabschaltungsbedingung eine Schubabschaltung begonnen wird, und endet, wenn ein Motor zum Stillstand gebracht wird, wobei ein Startermotoransteuerzeitpunkt und ein Ritzeleinspurzeitpunkt auf der Grundlage von durch Überwachung und Speicherung durch die Motordrehverhaltens-Aufzeichnungseinheit gewonnenen Informationen über die Vergangenheit des Motors verändert werden.
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Auswirkung der Erfindung
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Der Aspekt der vorliegenden Erfindung gestattet in einem System, welches aus einem verzögerten Fahrzeugzustand eine Leerlaufabschaltung durchführt, das Ritzel durch Verändern des Startermotorerregungs-Anfangs- und -Endzeitpunkts und des Ritzeleinspurzeitpunkts auf der Grundlage des Motordrehverhaltens bei einer vordefinierten Motordrehzahl (Ritzeldrehzahl) in den Zahnkranz einzuspuren, wodurch ermöglicht wird, störungsbedingte Steuerschwankungen zu verringern.
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Figurenliste
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- 1 ist ein funktionales Blockschaubild, welches ein Leerlaufabschaltungssystem zeigt.
- 2 ist ein zweites funktionales Blockschaubild, welches ein Leerlaufabschaltungssystem zeigt.
- 3 ist ein Ablaufplan gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4 ist ein Schaubild eines zeitlichen Ablaufs einer Motordrehverhaltens-Aufzeichnungseinheit.
- 5 ist ein Ablaufplan der Motordrehverhaltens-Aufzeichnungseinheit.
- 6 ist ein Schaubild eines zeitlichen Ablaufs während einer Beschleunigungsvorhersage in einer Motordrehungs-Vorhersageeinheit.
- 7 ist ein Schaubild eines zeitlichen Ablaufs während einer Verzögerungsvorhersage in der Motordrehungs-Vorhersageeinheit.
- 8 ist ein Ablaufplan der Motordrehungs-Vorhersageeinheit.
- 9 ist ein erläuterndes Schaubild einer Startersteuerungssequenz.
- 10 ist ein Ablaufplan während der Berechnung einer Startersteuerungs-Zeitgebung.
- 11 ist ein Ablaufplan der Startersteuerung.
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Ausführungsweisen der Erfindung
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Nachfolgend wird die beste Ausführungsweise der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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1 ist ein funktionales Blockschaubild, welches ein Leerlaufabschaltungssystem zeigt.
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Eine Starter-Haupteinheit (101) enthält zum Beispiel einen Startermotor (101a), einen Magnetschalter (101b), einen Einrückhebel (101c), eine Ritzelkupplung (101d) und ein Ritzel (101e). Die Starter-Haupteinheit (101) enthält ferner einen Ritzeldrehungssensor (102), welcher eine Drehzahl des Ritzels erfasst.
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Der Startermotor (101a) und der Magnetschalter (101b) können durch unabhängige Stromquellenrelais (ein Startermotorrelais 104a und ein Ritzelrelais 105), welche auf der Grundlage von aus einem Steuergerät (ECU) (103) ausgegebenen Signalen gesteuert werden, unabhängig angesteuert werden. Der Startermotor (101a) und das Ritzel (101e) sind über einen Untersetzungsmechanismus (nicht gezeigt) koaxial miteinander verbunden. Speziell dreht sich das Ritzel (101e), wenn sich der Startermotor (101a) dreht, entsprechend einem durch den Untersetzungsmechanismus eingestellten Untersetzungsverhältnis. Wenn der Magnetschalter (101b) erregt wird, wird der Einrückhebel (101c) herausgestoßen, so dass das Ritzel (101e) mit einem Zahnkranz (106) eines Motors verbunden wird. Darüber hinaus ist eine Motordrehzahl, wenn während des Startens eine Verbrennung im Motor stattfindet, höher als eine Ritzeldrehzahl. Somit wird ein Drehmoment vom Motor durch die Ritzelkupplung (101d) unwirksam gemacht, wodurch eine Überdrehzahl des Startermotors (101a) vermieden wird.
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Besonders zu erwähnen ist, dass diese Figur zeigt, dass eine Drehmomentveränderungsfunktion (104b) zwischen einer Batterie und dem Startermotorrelais (104a) angeordnet ist, wobei die Drehmomentveränderungsfunktion (104b) fähig ist, das Drehmoment in zwei Stufen zu verändern. In der vorliegenden Erfindung kann die gleiche Wirkung auch durch einen gewöhnlichen Starter, welcher diese Funktion (104b) nicht enthält, zustandegebracht werden.
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Die ECU (103) führt eine gewöhnliche Kraftstoffeinspritzungssteuerung (103c), Zündungssteuerung (nicht gezeigt) und Luftsteuerung (elektronische Drosselklappensteuerung) (nicht gezeigt) durch. Darüber hinaus verwendet die ECU (103) einen Leerlaufabschaltungsaktivierungs-Ermittlungsblock (103a), um auf der Grundlage von durch verschiedene Arten von Sensoren einschließlich eines Bremsschalters und eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors gelieferten Informationen eine Leerlaufabschaltungsaktivierungs-Ermittlung durchzuführen, wodurch sie die Kraftstoffeinspritzung (103c) unterbindet, um dadurch eine Schubabschaltung durchzuführen.
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Eine Motordrehverhaltens-Aufzeichnungseinheit (103e) zeichnet Informationen über das Motordrehverhalten für eine Zeitdauer nach der durch den Leerlaufabschaltungsaktivierungs-Ermittlungsblock (103a) bei Erfüllung einer vordefinierten Bedingung durchgeführten Schubabschaltung und bis der Motor zum Stillstand gebracht wird, auf. Eine Motordrehungs-Vorhersageeinheit (103d) sagt unter Verwendung der Informationen über das durch die Motordrehverhaltens-Aufzeichnungseinheit (103e) aufgezeichnete Motordrehverhalten ein zukünftiges Motordrehverhalten vorher und berechnet eine bis zum Erreichen einer vordefinierten Motordrehzahl beim Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz (im folgenden als eine Soll-Einspurdrehzahl bezeichnet) erforderliche Zeitdauer. Auf der Grundlage dieser erforderlichen Zeitdauer werden verschiedene Zeitpunkte bezüglich der Startersteuerung berechnet, und dann erregt ein Startersteuerungsblock (103b) den Startermotor (101a) und den Magnetschalter (101b), welcher das Ritzel (101e) veranlasst, einzuspuren.
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Nachfolgend wird anhand von 2 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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2 ist ein funktionales Blockschaubild, welches ein weiteres Leerlaufabschaltungssystem zeigt, welches die vorliegende Erfindung wie das in 1 gezeigte System zustandebringen kann.
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Eine in der Figur gezeigte Starter-Haupteinheit (201) enthält zum Beispiel einen Startermotor (201a), einen Magnetschalter (201b), einen Einrückhebel (201c), eine Ritzelkupplung (201d), ein Ritzel (201e) und einen Halbleiter-Schaltmechanismus (201f). Ein Steuergerät (ECU) (203) gibt zuerst Starter-Ansteuersignale an den Halbleiter-Schaltmechanismus (201f) aus. Die Starter-Ansteuersignale werden über zwei Leitungen gesendet, von welchen die eine den Startermotor (201a) erregt und die andere den Magnetschalter (201b) erregt,welcher eine Ritzel-(201e) Einspurfunktion steuert. Jedes der Starter-Ansteuersignale steuert einen MOSFET im Halbleiter-Schaltmechanismus (201f) mit einem eindeutigen, individuellen Tastverhältnis, wodurch es den entsprechenden Startermotor (201a) oder Magnetschalter (201b) ansteuert.
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Die ECU (203) führt eine gewöhnliche Kraftstoffeinspritzungssteuerung (203c), Zündungssteuerung (nicht gezeigt) und Luftsteuerung (elektronische Drosselklappensteuerung) (nicht gezeigt) durch. Darüber hinaus verwendet die ECU (203) einen Leerlaufabschaltungsaktivierungs-Ermittlungsblock (203a), um auf der Grundlage von durch verschiedene Arten von Sensoren einschließlich eines Bremsschalters und eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors gelieferten Informationen eine Leerlaufabschaltungsaktivierungs-Ermittlung durchzuführen, wodurch die Kraftstoffeinspritzung (203c) unterbindet, um dadurch eine Schubabschaltung durchzuführen.
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Eine Motordrehverhaltens-Aufzeichnungseinheit (203e) zeichnet Informationen über das Motordrehverhalten für eine Zeitdauer nach der durch die Kraftstoffeinspritzungssteuerung (203c), wenn der Leerlaufabschaltungsaktivierungs-Ermittlungsblock (203a) feststellt, dass eine vordefinierte Bedingung erfüllt ist, durchgeführten Schubabschaltung und bis der Motor zum Stillstand gebracht wird, auf. Darüber hinaus sagt eine Drehungsvorhersageeinheit (203d) unter Verwendung des aufgezeichneten Motordrehverhaltens ein zukünftiges Drehverhalten vorher und berechnet sie eine bis zum Erreichen einer vordefinierten Soll-Einspurmotordrehzahl erforderliche Zeitdauer. Auf der Grundlage dieser erforderlichen Zeitdauer wird eine Zeitgebung zum Erregen und Aberregen - des Magnetschalters (201b), welcher den Startermotor (201a) erregt und das Ritzel (201e) veranlasst, einzuspuren, berechnet und führt ein Startersteuerungsblock (203b) tatsächlich eine Starteransteuerung durch.
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Nachfolgend wird anhand von 3 ein grundlegendes Steuerungsverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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3 ist ein Ablaufplan gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Prozess dieses Ablaufplans wird in regelmäßigen Zeitabständen (z.B. 10 ms) durchgeführt. In Schritt S301 wird ermittelt, ob eine Schubabschaltung durchzuführen ist. Speziell ermittelt die in 1 oder 2 gezeigte Leerlaufabschaltungsaktivierungs-Ermittlungsfunktion (103a, 203a) auf der Grundlage zum Beispiel der durch verschiedene Arten von Sensoren gelieferten Informationen, ob eine Leerlaufabschaltung durchgeführt werden kann. Wenn eine Bedingung nicht erfüllt ist, wird der Steuerprozess beendet. Wenn die Bedingung erfüllt ist, wird der Schritt S302 durchgeführt und führt die Kraftstoffeinspritzungssteuerung (103c in 1 oder 203c in 2) eine Schubabschaltungssteuerung durch. Dies bringt schließlich das Motordrehverhalten bei Trägheitsdrehung zum völligen Stillstand. In S303 wird ermittelt, ob der Motor stationär ist. Hier ist besonders zu erwähnen, dass der stationäre Zustand des Motors zum Beispiel so definiert sein kann, dass die Motordrehzahl kleiner als eine oder gleich einer vordefinierten Drehzahl ist oder eine vordefinierte Zeitdauer verstreicht, nachdem die Motordrehzahl kleiner als eine oder gleich einer vordefinierten Drehzahl ist.
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Wenn die Bedingung von S303 nicht erfüllt ist, wird der Schritt S309 durchgeführt; wenn die Bedingung erfüllt ist, wird der Schritt S304 durchgeführt. In S304 werden die Informationen bezüglich des Motordrehverhaltens aufgezeichnet. Dieser Schritt wird später ausführlich beschrieben. Kurz gesagt, eine Beschleunigung und eine Verzögerung des Motordrehverhaltens während eines vordefinierten Kurbelwinkelbereichs werden aufgezeichnet. Danach wird S305 durchgeführt und wird ermittelt, ob ein vordefinierter Motordrehzahlvorhersage-Zeitpunkt erreicht ist. Bevorzugt kann dieser Zeitpunkt auf der Grundlage einer Ermittlung, ob eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist, so liegen, dass ein vordefinierter Kurbelwinkel erreicht wird: speziell ist die Motordrehzahl gleich einer oder kleiner als eine vordefinierte Drehzahl, ist die Motordrehzahl bei einem vordefinierten Kurbelwinkel gleich einer oder kleiner als eine vordefinierte Drehzahl und verstreicht eine vordefinierte Zeitdauer nach Durchführung einer Schubabschaltung. Wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, wird S308 durchgeführt, und wenn die Bedingung erfüllt ist, wird S306 durchgeführt. Aus den in S304 aufgezeichneten Motordrehverhaltens-Informationen wird in S306 ein zukünftiges Motordrehverhalten vorhergesagt (das anwendbare Vorhersageverfahren wird später beschrieben) und wird außerdem die Zeit bis zur Soll-Einspurdrehzahl vorhergesagt. In S307 wird danach eine Startersteuerungs-Zeitgebung aus der bis zum Erreichen der Soll-Einspurdrehzahl erforderlichen Zeit berechnet. Die Startersteuerungs-Zeitgebung entspricht den Zeitpunkten zum Beginnen und Beenden der Erregung des Startermotors und dem Zeitpunkt, zu welchem das Ritzel in den Zahnkranz einspurt. Dann wird S308 durchgeführt, um den Starter tatsächlich anzusteuern. In S309 wird ermittelt, ob alle Arten von Starteransteuerungen abgeschlossen sind. Wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, wird S303 erneut durchgeführt. Wenn die Bedingung erfüllt ist, wird dieser Steuerprozess beendet.
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Nachfolgend wird eine detaillierte Ausführungsform des anhand von 3 kurz beschriebenen Steuerungsverfahrens beschrieben.
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4 ist ein Schaubild des zeitlichen Ablaufs der Motordrehverhaltens-Aufzeichnungseinheit bezüglich S304 in 3. Bezugszeichen 401 bezeichnet das Motordrehverhalten seit dem Beginn der Schubabschaltung (S302 in 3). Wenn die Schubabschaltungssteuerung durchgeführt wird, findet in dem Zylinder, für welchen die Schubabschaltungssteuerung durchgeführt wird, keine Verbrennung statt, und folglich beginnt die Motordrehzahl, zurückzugehen. In der Figur ist dieser Zeitpunkt als T402 bezeichnet. Das Motordrehverhalten (401) durchläuft danach Pulsationen, bis der Motor schließlich zum völligen Stillstand gebracht wird. Das Verhalten wird nun ausführlicher beschrieben. Speziell beginnt das Motordrehverhalten (401), beginnend mit einem Arbeitstakt des Zylinders, für welchen die Schubabschaltung durchgeführt wird, zu verzögern (403), um dem OT in einem Verdichtungstakt (404) des ersten Zylinders nahezukommen. Nach dem OT im Verdichtungstakt (404) bewirkt ein Zurückstoßen in den Brennraum geladener Luft, dass das Verhalten sich vorübergehend zu Beschleunigung (405) ändert. Danach bewirkt eine Zunahme der Verdichtungsarbeit für den nächsten Zylinder, dass eine Motorreibung zunimmt, und mit Wirkung ab einem Punkt (406 in der Figur), bei welchem die Motorreibung größer als das Zurückstoßen der in den Brennraum geladenen Luft ist, beginnt das Motordrehverhalten, bis zum OT im Verdichtungstakt des nächsten Zylinders (408) zu verzögern (407). Das gleiche Verhaltensmuster wird danach wiederholt, bis der Motor schließlich zum Stillstand gebracht wird. Kurbelwinkel (404, 408), bei welchen das Motordrehverhalten (401) sich von Verzögerung zu Beschleunigung ändert, liegen bei gewöhnlichen Motortypen ungeachtet der Motorspezifikationen nahe dem OT im Verdichtungstakt. Im Gegensatz dazu sind Kurbelwinkel (406, 409), bei welchen das Motordrehverhalten (401) sich von Beschleunigung zu Verzögerung ändert, je nach beispielsweise der Zylinderanzahl des Motors (spezieller: dem Phasenunterschied zwischen Zylindern) und dem Auslassventil-Öffnungszeitpunkt wechselnd.
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Auf der Grundlage des Vorerwähnten zeichnet die Motordrehverhaltens-Aufzeichnungseinheit Beschleunigung (405, 410) und Verzögerung (403, 407) bei jeweiligen Kurbelwinkeln (404, 406, 408, 409), welche sich ändernde Punkte der Beschleunigung (405, 410) und der Verzögerung (403, 407) annehmen, auf (tatsächlich aufzuzeichnende Informationen werden anhand einer Ausführungsform unter Verwendung von 5 beschrieben).
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Dies wird als ein Steuerprozess wie in 5 dargestellt beschrieben. 5 ist ein Ablaufplan, welcher den Steuerprozess zum Aufzeichnen der Beschleunigung (405, 410) oder der Verzögerung (403, 407) an einem bestimmten Punkt zeigt. In S501 wird ermittelt, ob ein erster vordefinierter Kurbelwinkel erreicht ist. Dies entspricht zum Beispiel dem Ermitteln, ob 404 in 4 erreicht ist. Wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, wird S504 durchgeführt, und wenn die Bedingung erfüllt ist, wird S502 durchgeführt und wird die Motordrehzahl zu diesem bestimmten Zeitpunkt aufgezeichnet. Danach wird S503 durchgeführt und wird das Erhöhen eines Zeitzählers begonnen. In S504 wird ermittelt, ob ein zweiter vordefinierter Kurbelwinkel erreicht ist. Dies ist zum Beispiel mit dem Ermitteln, ob 406 in 4 erreicht ist, vergleichbar. Wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, wird S501 erneut durchgeführt. Wenn die Bedingung erfüllt ist, wird S505 durchgeführt und wird die Motordrehzahl zu diesem bestimmten Zeitpunkt aufgezeichnet. Dann, in S506, wird der Zeitzähler mit in S503 begonnener Erhöhung angehalten und wird der Zeitzählerwert aufgezeichnet (dies dient zum Aufzeichnen der Zeit, welche von 404 bis 406 dauert). Dies zeichnet Informationen über eine Steigung der Beschleunigung (405 in 4) auf. Der Steuerprozess wird hier beendet. In Wirklichkeit werden jedoch Informationen über eine Steigung der Verzögerung (407) ab 406 in 4 entsprechend aufgezeichnet. Speziell wird der Steuerprozess ab S501 ein zweites Mal durchgeführt und wird er wiederholt durchgeführt, um Informationen aufzuzeichnen, bis der Motor zum Stillstand gebracht wird, wobei 406 in 4 als der erste Kurbelwinkel in S501 definiert ist und der zweite Kurbelwinkel in S504 durch 408 in 4 ersetzt ist.
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Außerdem stellt die oben beschriebene Ausführungsform, welche den ersten Kurbelwinkel und den zweiten Kurbelwinkel verwendet, ein Mittel zum Zustandebringen der vorliegenden Erfindung dar. Verständlicherweise kann die später zu beschreibende Genauigkeit der Drehungsvorhersage durch weiteres Unterteilen von Beschleunigung und Verzögerung im entsprechenden Intervall (vom OT im Verdichtungstakt (404) des fraglichen Zylinders bis zum OT im Verdichtungstakt (408) des nächsten Zylinders) und Aufzeichnen von Informationen während des Intervalls (der detaillierten Steigung zwischen Kurbelwinkeln) verbessert werden.
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Nachfolgend wird S306 in 3 wird ausführlich beschrieben.
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Die 6 und 7 sind Schaubilder zeitlicher Abläufe der Motordrehungs-Vorhersageeinheit, welche auf der Grundlage der in S304 in 3 aufgezeichneten Motordrehverhaltens-Informationen eine Vorhersage der zukünftigen Motordrehzahl durchführt und die erforderliche Zeit bis zum Erreichen der Soll-Einspurdrehzahl vorhersagt. Die Figur dient zur Beschreibung tatsächlicher Vorhersageschritte.
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Die aktuelle Uhrzeit in dieser Figur ist T603, wobei die Seite links von T603 in der Figur die Vergangenheit angibt und die Seite rechts von T603 in der Figur die Zukunft angibt. Die durchgezogene Linie 601 gibt das Motordrehverhalten in der Vergangenheit an. Die Motordrehzahl und die Zeitdauer zwischen Kurbelwinkeln für jeden der auf der durchgezogenen Linie 601 eingetragenen Kreise (604, 605, 606, 607, 608) werden in Schritt S304 in 3 aufgezeichnet. Die gestrichelte Linie 602 gibt das auf der Grundlage der in S304 in 3 aufgezeichneten Motordrehverhaltens-Informationen vorherzusagende Drehverhalten an. Vorausgesetzt, dass T603 S305 in 3 ist, wird zuerst das Beschleunigungsverhalten vorhergesagt. Die Grundvoraussetzungen, auf welchen diese Steuerung beruht, sind, dass eine in der Figur angegebene Beschleunigung αn (612) eine vordefinierte Korrelation mit einer ersten vorhergehenden Beschleunigung αn-1 (611) oder einer zweiten vorhergehenden Beschleunigung αn-2 (610) aufweist. Wie früher erwähnt, sind die Kurbelwinkel nach Erreichen der oberen Beschleunigungs-Grenzpunkte (605, 607, 609) je nach Motorspezifikationen verschieden; jedoch bleiben bei einem identischen Motor die Kurbelwinkel nach Erreichen der oberen Beschleunigungs-Grenzpunkte (605, 607, 609) ungeachtet des Zylinders im Wesentlichen gleich. Somit können, bei gegebener Motordrehzahl und vergangener Beschleunigung (610, 611) an einem Beschleunigungs-Anfangspunkt (608), die Motordrehzahl am oberen Beschleunigungs-Grenzpunkt (609) und die vom Beschleunigungs-Anfangspunkt (608) bis zum oberen Beschleunigungs-Grenzpunkt (609) des fraglichen Zylinders erforderliche Zeit zum Beispiel mittels einer linearen Gleichung leicht vorhergesagt werden. Hier ist besonders zu erwähnen, dass die vorherzusagende Beschleunigung αn (612) mit einer gewissen Genauigkeit zum Beispiel mittels einer quadratischen Funktion aus der ersten vorhergehenden Beschleunigung αn-1 (611) und der zweiten vorhergehenden Beschleunigung αn-2 (610) berechnet werden kann. Eine Veränderung eines Ladestroms, welche insbesondere in einem niedrigen Motordrehzahlbereich auftritt, kann sich jedoch auf die Beschleunigung (610, 611, 612) auswirken, welche bevorzugt korrigiert werden sollte. Verständlicherweise kann die Vorhersagegenauigkeit weiter gesteigert werden, indem auf der Grundlage zum Beispiel von Betriebszuständen von Hilfsaggregaten (z.B. eines Generators), welche als Motorreibung fungieren, und des Bremsdrucks Korrekturen vorgenommen werden.
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Dies vervollständigt die Vorhersage bis zum oberen Beschleunigungs-Grenzpunkt (609) des fraglichen Zylinders bezüglich 6. Nachfolgend wird nun anhand von 7 ein Verzögerungsbereichs-Vorhersageverfahren beschrieben. Die durchgezogene Linie 701 in 7 gibt das Motordrehverhalten während der Trägheitsdrehung nach einer Schubabschaltung an. Die gestrichelte Linie 702 gibt das auf der Grundlage des in S304 in 3 aufgezeichneten Motordrehverhaltens vorherzusagende Drehverhalten an.
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Auf der durchgezogenen Linie 701 eingetragene Kreise (704, 705, 706, 707) stellen vordefinierte Kurbelwinkel bei Aufzeichnung des oben erwähnten Motordrehverhaltens dar. Die Motordrehzahl und die Zeitdauer zwischen Kurbelwinkeln (zwischen 704 und 705, zwischen 705 und 706, zwischen 706 und 707) für jeden der auf der durchgezogenen Linie 701 eingetragenen Kreise (704, 705, 706, 707) werden in Schritt S304 in 3 aufgezeichnet. Die aktuelle Uhrzeit auf der Zeitachse ist T703, wobei die Seite links von T703 in der Figur die Vergangenheit angibt und die Seite rechts von T703 in der Figur die Zukunft angibt.
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Die Motordrehzahl an einem Verzögerungs-Anfangspunkt (708) und die zum Erreichen dieses Punkts erforderliche Zeit wurden bereits vorhergesagt wie anhand von 6 beschrieben. Somit können, ähnlich der Beschleunigungsvorhersage, bei gegebener vergangener Verzögerung (712, 713) die Motordrehzahl am nächsten unteren Verzögerungs-Grenzpunkt (709) und die vom Verzögerungs-Anfangspunkt (708) bis zum unteren Verzögerungs-Grenzpunkt (709) erforderliche Zeit leicht vorhergesagt werden. Ein oberer Beschleunigungs-Grenzpunkt 710 des nächsten Zylinders und anschließender Zylinder wird durch wiederholtes Vorhersagen der Beschleunigung und der Verzögerung vorhergesagt. Ein (in der Figur mit 711 bezeichneter) Zeitpunkt wird dann als der stationäre Zustand des Motors vorhergesagt, wenn eine zuletzt vorhergesagte Motordrehzahl gleich einem vordefinierten Wert (z.B. einem Wert unter 0 U/min) ist.
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Dann wird auf der Grundlage des vorhergesagten Motordrehverhaltens ein Zeitpunkt T717, zu welchem die Soll-Einspurdrehzahl (716) erreicht wird, berechnet und wird eine ab der aktuelle Uhrzeit T703 bis T717 erforderliche Zeit (718) vorhergesagt. Die Zeit bis 716 kann mittels einer linearen Gleichung gewonnen werden, da eine letzte Verzögerung βn+1 (715) in 7 und Motordrehzahlwerte an einem Anfangspunkt (710) und einem Endpunkt (711) vorhergesagt wurden. Diese Vorhersage wird nicht nur einmal durchgeführt. Alternativ wird eine Vielzahl von Vorhersagezeitpunkten eingestellt und tritt der nächste Vorhersagezeitpunkt (z.B. T718 in der Figur) nach Verstreichen einer vordefinierten Zeitdauer nach der oben erwähnten Vorhersage ein und wird die ähnliche Vorhersage auf der Grundlage der neuesten zu diesem bestimmten Zeitpunkt verfügbaren Motorverhaltensinformationen wiederholt durchgeführt.
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8 ist ein Ablaufplan der oben beschriebenen Motordrehungs-Vorhersageeinheit (Einzelheiten des Schritts S306 in 3). In S801 wird ein Vorhersage-Zylinderzähler n initialisiert. In S802 wird danach ermittelt, ob eine Beschleunigungsvorhersage durchzuführen ist. Es wird ermittelt, ob die Beschleunigungsvorhersage und die Verzögerungsvorhersage aus dem Kurbelwinkel zum Vorhersagezeitpunkt durchzuführen ist. Zum Beispiel wenn die aktuelle Uhrzeit T603 in 6 ist, wird zuerst die Beschleunigungsvorhersage durchgeführt und wird dann die Verzögerungsvorhersage durchgeführt. Wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, wird S806 durchgeführt, und wenn die Bedingung erfüllt ist, wird S803 durchgeführt. In S803 wird die Beschleunigung für den fraglichen Zylinder aus der in der Vergangenheit aufgezeichneten Beschleunigung und der Motordrehzahl am Vorhersage-Anfangspunkt berechnet. Dann wird S804 durchgeführt und wird die Motordrehzahl am oberen Beschleunigungs-Grenzpunkt (609 in 6) aus der in S803 berechneten Beschleunigung vorhergesagt. In S805 wird die vom Beschleunigungs-Anfangspunkt (608) bis zum oberen Beschleunigungs-Grenzpunkt (609) erforderliche Zeit vorhergesagt. Dann wird S806 durchgeführt und wird ermittelt, ob die Verzögerungsvorhersage durchzuführen ist. Wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, wird S810 durchgeführt, und wenn die Bedingung erfüllt ist, wird in S807 die Verzögerungsvorhersage des fraglichen Zylinders durchgeführt (ähnlich der Beschleunigungsvorhersage wird die Vorhersage aus der in der Vergangenheit aufgezeichneten Beschleunigung und der Motordrehzahl am Vorhersage-Anfangspunkt durchgeführt). Dann wird S808 durchgeführt und wird die Motordrehzahl am unteren Verzögerungs-Grenzpunkt (709 in 7) aus der in S807 berechneten Verzögerung vorhergesagt. In S809 wird die vom Verzögerungs-Anfangspunkt (708) bis zum unteren Verzögerungs-Grenzpunkt (709) erforderliche Zeit vorhergesagt. Danach wird S810 durchgeführt und wird ermittelt, ob die Vorhersage bis zum stationären Zustand des Motors aus der vorhergesagten Motordrehzahl abgeschlossen ist. Wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, wird in S811 der Vorhersage-Zylinderzähler n erhöht. Dann werden die Steuerschritte ab S802 wiederholt, bis die Bedingung von S810 erfüllt ist.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zum Berechnen verschiedener Starterbetätigungs-Zeitpunkte aus der bis zum Erreichen der Soll-Einspurdrehzahl erforderlichen Zeit beschrieben. 9 ist ein Schaubild des zeitlichen Ablaufs zum Berechnen verschiedener Startersteuerungs-Zeitpunkte aus der vorhergesagten bis zum Erreichen der Soll-Einspurdrehzahl erforderlichen Zeit, welches unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 beschrieben wird. Bezugszeichen 901 bezeichnet das Motordrehverhalten, und T904 ist die aktuelle Uhrzeit. Speziell stellt das Motordrehverhalten (901) links von T904 die in S304 in 3 aufgezeichneten Informationen dar, wohingegen dasjenige rechts von T904 das in S306 in 3 vorhergesagte Drehverhalten darstellt. Bezugszeichen 902 bezeichnet das Ritzeldrehverhalten, wobei 902a eine Erhöhung infolge einer Erregung des Startermotors (101a, 201a) angibt, auf welche ein Verzögerungsverhalten (902b) infolge der aus einer Aberregung des Startermotors (101a, 201a) resultierenden Trägheitsdrehung folgt. Bezugszeichen 907 bezeichnet die Soll-Einspurdrehzahl, und Bezugszeichen 903 bezeichnet einen Vorhersagepunkt für die Soll-Einspurdrehzahl (der Steuerprozess berechnet diesen Punkt nicht bzw. sagt ihn nicht vorher). Außerdem bezeichnet Bezugszeichen T905 einen Zeitpunkt, zu welchem das Ritzel (101e, 201e) in den Zahnkranz (106, 206) einspurt, wie zur aktuellen Uhrzeit (T904) vorhergesagt. Bezugszeichen 906 bezeichnet die von der aktuellen Uhrzeit bis zum Einspuren erforderliche Zeit.
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Im Ritzeldrehverhalten (902) hängt die auf die Aberregung des Startermotors (101a, 201a) folgende Verzögerung (902b) von Starterspezifikationen (insbesondere von einer Trägheitskraft des Startermotors (101a, 201a)) ab. Zum Beispiel tritt ein Überschwingen im Ritzeldrehverhalten (902) unmittelbar nach der Aberregung des Startermotors (101a, 201a) auf und ist folglich eine gewisse Zeitdauer erforderlich, bis die Verzögerung (902b) stabil ist. Bezugszeichen 913 bezeichnet diese Zeitdauer. Um das Vorerwähnte anders zu formulieren, ist nach dem Verstreichen dieser Zeitdauer sichergestellt, dass die Verzögerung (902b) des Ritzeldrehverhaltens einem Muster einer vordefinierten Steigung folgt.
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Dies gestattet, T910 zu gewinnen. Ferner lässt sich aus der Soll-Einspurdrehzahl (907) und der Ritzelverzögerung (902b) mittels einer linearen Gleichung auch eine Soll-Ritzeldrehzahl gewinnen. Bei gegebener Soll-Ritzeldrehzahl (908) lässt sich der Erregungs-Endzeitpunkt (T909) des Startermotors (101a, 201a) auch leicht aus der Ansprechempfindlichkeit (oder der Beschleunigung 902a) des Startermotors (101a, 201a) gewinnen. Um die vorerwähnte Aussage weiter auszuführen, hängt die Beschleunigung 902a des Startermotors (101a, 201a) von einem Strom ab, welcher fließt, um den Startermotor (101a, 201a) zu erregen. Somit kann bei der in 2 gezeigten Konfiguration eine vor Erreichen der Soll-Ritzeldrehzahl (908) erforderliche Zeitdauer (911) für jedes Ansteuer-Tastverhältnis zum Erregen des Startermotors im Voraus eingestellt werden. Bei der in 1 gezeigten Konfiguration bleibt der Ansteuerstrom konstant, und somit lässt sich die erforderliche Zeitdauer (911) durch Einstellen einer einzigen Konstante ausdrücken.
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Nachfolgend wird der Einspurzeitpunkt des Ritzels (101e, 201e) beschrieben. Eine vordefinierte Zeitdauer (914) vor dem tatsächlichen Einspuren des Ritzels (101e, 201e) in den Zahnkranz (106, 206) nach Erregung des Magnetschalters (101b, 201b) ist erforderlich, um ein Einspuren des Ritzels (101e, 201e) in den Zahnkranz (106, 206) zustandezubringen. Die erforderliche Zeitdauer (914) hängt vom Widerstand des Magnetschalters (101b, 201b) und von dem durch diesen fließenden Strom ab. Durch Ermitteln des Widerstands und des Stroms kann die Ansprechzeit (914) des Magnetschalters (101b, 201b) auch im Voraus eingestellt werden.
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Um die vorerwähnte Aussage zu erweitern, hängt der Widerstand des Magnetschalters (101b, 201b) mit der Temperatur des Magnetschalters (101b, 201b) zusammen, und der durch den Magnetschalter (101b, 201b) fließende Strom lässt sich durch ein Ansteuer-Tastverhältnis oder einen Widerstand in einer Ansteuerstufe des Magnetschalters (101b, 201b) ersetzen. Dies gestattet, 913 zu gewinnen, so dass auch der Ritzeleinspurzeitpunkt berechnet werden kann.
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Der vorerwähnte Prozess lässt sich in einen in 10 gezeigten Steuerungs-Ablaufplan übersetzen. 10 ist ein Ablaufplan, welcher S307 in 3 genau erläutert. In S1001 wird der Einspurzeitpunkt des Ritzels (101e, 201e) durch Subtrahieren der zum Betätigen des Ritzels (101e, 201e) erforderlichen Zeitdauer (913), der von der Ansprechempfindlichkeit des Magnetschalters (101b, 201b) abhängenden Zeitdauer, von dem Zeitpunkt, zu welchem die Soll-Einspurdrehzahl erreicht wird, berechnet. Dann, in S1002, wird der Erregungs-Endzeitpunkt (T909) des Startermotors (101a, 201a) durch Subtrahieren einer Zeitdauer (912), welche erforderlich ist, bis die Ritzelverzögerung (902b) stabil ist, von dem Zeitpunkt, zu welchem die Soll-Einspurdrehzahl erreicht wird, berechnet. In S1003 wird die Soll-Ritzeldrehzahl (907) aus der Soll-Einspurdrehzahl und der Ritzelverzögerung (902b) sowie der Zeitdauer (912), welche erforderlich ist, bis die Ritzelverzögerung (902b) stabil ist, berechnet. Dann, in S1004, wird der Erregungs-Anfangszeitpunkt für den Startermotor (101a, 201a) aus der in S1003 gewonnenen Soll-Ritzeldrehzahl (907) und der zum Beispiel aus dem Strom zum Erregen des Startermotors (101a, 201a) gewonnenen Ansprechzeit gewonnen.
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Nachfolgend wird die in S308 in 3 durchgeführte Startersteuerung beschrieben.
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11 ist ein Ablaufplan, welcher S308 in 3 genau erläutert. In S1101 wird ermittelt, ob der Startermotor- (101a, 201a) Erregungszeitpunkt erreicht ist. Wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, wird S1105 durchgeführt. Wenn die Bedingung erfüllt ist, wird S1102 durchgeführt und wird die Erregung des Startermotors (101a, 201a) begonnen. Dann, in S1103, wird ermittelt, ob die Ritzeldrehzahl die Soll-Ritzeldrehzahl erreicht. Wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, wird S1102 erneut durchgeführt. Danach bleibt der Startermotor (101a, 201a) erregt, bis die Bedingung von S1103 erfüllt ist. Wenn die Bedingung von S1103 erfüllt ist, wird S1104 durchgeführt und wird die Erregung des Startermotors (101a, 201a) beendet. In S1105 wird ermittelt, ob der Ritzeleinspurzeitpunkt erreicht ist. Wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, wird S1107 durchgeführt. Wenn die Bedingung erfüllt ist, wird der Magnetschalter (101b, 201b) erregt, um dadurch das Ritzel (101e, 201e) zu veranlassen, in den Zahnkranz (106, 206) einzuspuren. Danach, in S1107, wird ermittelt, ob alle Arten von Starteransteuerungen abgeschlossen sind. Wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, wird S1101 erneut durchgeführt. Wenn die Bedingung erfüllt ist, wird dieser Steuerprozess beendet.
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Verständlicherweise werden die Vorhersagesteuerung (S306) und die Starteransteuerzeitpunkt-Berechnung (S307) auch während der vorerwähnten Steuerung fortlaufend durchgeführt, bis der Motor zum Stillstand gebracht wird. Somit werden die neuestmöglichen zu diesem bestimmten Zeitpunkt verfügbaren vorhergesagten Werte für verschiedene Startersteuerungs-Zeitpunkte verwendet.
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Speziell wird der Startermotorerregungs-Anfangszeitpunkt in 9 auf der Grundlage des vorhergesagten und berechneten Werts auf den neuestmöglichen zu diesem bestimmten Zeitpunkt (T904) verfügbaren Wert gesteuert. Der Ritzeleinspurzeitpunkt bei T910 wird auf der Grundlage des unmittelbar vor diesem bestimmten Zeitpunkt verfügbaren vorhergesagten Werts gesteuert.
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Bezugszeichenliste
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- 901:
- Motordrehverhalten
- 902:
- Ritzeldrehverhalten
- 902a:
- Ritzeldrehverhalten (Beschleunigung während Erregung)
- 902b:
- Ritzeldrehverhalten (Verzögerung während Trägheitsdrehung)
- 903:
- Soll-Einspurpunkt
- 906:
- Soll-Einspurdrehzahl
- 907:
- Soll-Ritzeldrehzahl
- 908:
- Startermotorerregungs-Anfangszeitpunkt
- 909:
- Startermotorerregungs-Endzeitpunkt
- 911:
- Startermotorerregungszeit
- 912:
- Garantierte Mindestzeit für stabile Ritzelverzögerung
- 913:
- Magnetschalter-Ansprechzeit
- T904:
- Aktuelle Uhrzeit (Vorhersagedurchführungszeit)
- T905:
- Einspurzeit
- T910:
- Einspur-Anfangszeitpunkt (Magnetschalter-EIN-Zeitpunkt)
