Titel

Steuerung und Verfahren zum Betreiben der Steuerung für eine Startvorrichtung Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Steuerung für eine Startvorrichtung mit einem Startermotor zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit einem Bordnetz, wobei der Startermotor durch die Steuerung angesteuert wird, und zwar insbesondere für einen Start-Stopp-Betriebsmodus des Fahrzeugs. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine solche Steuerung und auf ein Computerprogrammprodukt.

Es sind elektrische Drehfeldantriebe als elektrische Maschinen bekannt, wobei unterschiedliche Kommutierungsarten zum Einsatz kommen, beispielsweise eine feldorientierte Regelung oder Blockkommutierung.

Ferner sind Systeme zum Stoppen und Wiederstarten einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs bekannt, wobei die Brennkraftmaschine mit einem Startermotor gestartet wird, der insbesondere eine Drehstrommaschine sein kann. Mit einem solchen System, nämlich einem so genannten Start-Stopp-System, kann die Brennkraftmaschine aufgrund eines kurzen Halts des Fahrzeugs, beispielsweise an einer roten Ampel, ausgeschaltet und für eine Weiterfahrt wieder gestartet werden, um einen Kraftstoffverbrauch und eine Abgasemission, insbesondere eine C0 ₂ -Emission, zu reduzieren.

Es ist ein Start-Stopp-System bekannt, bei dem die Brennkraftmaschine mit einem konventionellen Starter gestartet wird, indem der Startermotor mittels eines Ritzels in einen Zahnkranz an einem Schwungrad der Brennkraftmaschine einrückt. Ferner ist ein weiteres Start-Stopp-System bekannt, bei dem ein Startergenerator als elektrische Maschine sowohl als Motor als auch als Generator betreibbar ist und als Klauenpolge- nerator ausgebildet ist. Dabei ist der Startergenerator mit einem Riementrieb mit der Brennkraftmaschine gekoppelt. Die nachfolgende Beschreibung ist, sofern nicht explizit gekannt, gleichermaßen auf einen Startermotor und einen Startergenerator bezogen, wobei zur besseren Übersichtlichkeit nur der Startermotor genannt wird. Im Übrigen ist bekannt, einen Startermotor, also auch einen Startergenerator, mit einem elektronischen Steuergerät zu betreiben.

Zum Starten der Brennkraftmaschine ist eine hohe elektrische Leistung erforderlich, die einem Bordnetz des Fahrzeugs entnommen und dem Startermotor zugeführt wird, wobei das Bordnetz von einer Spannungsversorgungseinrichtung gespeist wird, beispielsweise einer Blei-Säure-Batterie. Die hohe elektrische Leistung wird mit einem hohen Stromfluss erzielt, der aufgrund von Widerständen, beispielsweise einem Leitungswiderstand des Bordnetzes oder einem Innenwiderstand der Spannungsversorgungseinrichtung, zu einem Spannungseinbruch im Bordnetz führt, und zwar im Wesentlichen entsprechend dem Ohmschen Gesetz. Dieser Spannungseinbruch führt zu Rückwirkungen auf weitere angeschlossene elektrische Lasten an dem Bordnetz, beispielsweise Sensoren, Steuergeräte, Anzeigeelemente, Bedienelemente oder einem Audiosystem. Es besteht die Gefahr, dass eine Spannung im Bordnetz unter einen gewissen Wert einbricht und ein sicherer Betrieb der elektrischen Lasten, insbesondere beim Starten der Brennkraftmaschine, nicht gewährleistet ist. So kann beispielsweise ein oder mehrere Steuergeräte in einen Reset, das heißt Ursprungszustand, gehen oder ein kurzzeitiger Ausfall des Anzeigeelements oder des Audiosystems auftreten.

Um den Spannungseinbruch zu reduzieren sind das Bordnetz und die Spannungsversorgungseinrichtung mit einem geringen Innen- beziehungsweise Leitungswiderstand ausgebildet, und zwar sind sie für einen ungünstigen Fall, nämlich die Belastung des Bordnetzes beim Starten der Brennkraftmaschine, kostenintensiv dimensioniert und somit für einen normalen Betrieb des Bordnetzes außerhalb eines Startvorgangs überdimensioniert.

Die US 6, 577, 097 B2 beschreibt eine Methode zur Begrenzung einer Stromaufnahme des Startermotors beim Starten der Brennkraftmaschine, bei der eine Ansteuerung des Startermotors mit einem Pulswechselrichter drehzahlabhängig zwischen zwei Betriebsmodi umgeschaltet wird. Dabei kann eine Umschaltung von 120°- auf 180°- Blockbestromung bei einer definierten Grenzdrehzahl erfolgen, wodurch die Stromaufnahme begrenzt wird. Die DE 101 00 889 A1 beschreibt ein Verfahren zur Sicherstellung der Energieversorgung in einem Fahrzeug mit einem Start-Stopp-Betriebsmodus, wobei die Energieversorgung während Stillstandszeiten der Brennkraftmaschine unter Verwendung zweier Teilbordnetze erfolgt, die jeweils einen Energiespeicher umfassen. Dadurch wird beim Starten der Brennkraftmaschine der Spannungseinbruch in einem Teilbordnetz reduziert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Steuerung, ein Verfahren zum Betreiben der Steuerung und ein Computerprogrammprodukt der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine Belastung des Bordnetzes, insbesondere der Spannungseinbruch, beim Startvorgang reduziert wird.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 , 9 und 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Es ist ein Gedanke der Erfindung, dass von der Steuerung zumindest ein Parameter zur Bestimmung eines Zustands des Bordnetzes erfasst wird und der Startermotor zumindest in Abhängigkeit von dem Parameter angesteuert wird. Dementsprechend ist es auch ein Gedanke der Erfindung, dass die Steuerung eine Erfassungs- und Auswertevorrichtung aufweist, und zwar zum Erfassen zumindest eines Parameters zur Bestimmung eines Zustands des Bordnetzes, und dass die Steuerung zum Ansteuern des Startermotors zumindest in Abhängigkeit von dem Parameter ausgebildet ist. So lässt sich die Belastung des Bordnetzes, insbesondere der Spannungseinbruch, beim Starten der Brennkraftmaschine reduzieren. Insbesondere lässt sich, zumindest für eine definierte Zeitspanne, vermeiden, dass eine spezifische untere Spannungsgrenze unterschritten wird, sodass der Betrieb weiterer elektrischer Lasten an dem Bordnetz sichergestellt ist. Also lässt sich eine gewisse Bordnetzstabilität gewährleisten, um beispielsweise ein ungewolltes Zurücksetzen in einen Ursprungszustand anderer Steuergeräte zu verhindern. Insgesamt wird eine Erhöhung der Betriebssicherheit erreicht, da Fehlfunktionen durch eine Unterspannung aufgrund des Spannungseinbruchs im Bordnetz vermieden werden. Dadurch dass der Startermotor letztendlich in Abhängigkeit des Zustande des Bordnetzes angesteuert wird, lassen sich auch zeitlich veränderliche Effekte, beispielsweise Alterungseffekte, ein Verschleiß oder sich ändernde Umwelteinflüsse, wie eine Temperatur, berücksichtigen, um die Startvorrichtung effizient durch eine optimale Ansteue- rung des Startermotors betreiben.

Schließlich lässt sich die Leistung zum Starten der Brennkraftmaschine, also eine Leistungsaufnahme des Startermotors, maximieren, und zwar so, dass innerhalb gesetzter Grenzen, insbesondere des Spannungseinbruchs, eine möglichst hohe Leistung er- reicht wird.

Im Übrigen kann die Steuerung an oder im Startermotor angeordnet sein oder auch als separates Steuergerät ausgebildet sein. Die Steuerung ist vorzugsweise als eine separate Steuerung für die Startvorrichtung ausgebildet, kann jedoch auch als eine in dem Fahrzeug ohnehin vorhandene Steuerung, beispielsweise eine Motorsteuerung ausgebildet sein.

Ferner kann die Steuerung als eine bauliche Einheit, insbesondere in einem Gehäuse, ausgebildet sein oder auch eine Mehrzahl Steuergeräte umfassen, wobei ein solches Steuergerät auch weitere, hier nicht beschriebene, Steueraufgaben durchführen kann.

Dementsprechend können die zuvor und nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte in nur einem Steuergerät oder auch auf einer Mehrzahl Steuergeräte verteilt ausgeführt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Leistungsaufnahme, insbesondere eine Stromaufnahme, des Startermotors in Abhängigkeit des Parameters begrenzt. So lassen sich die Startvorrichtung, die Spannungsversorgungseinrichtung und/oder das Bordnetz kostengünstig realisieren, indem sie nur für eine entsprechend begrenzte Leistung ausgebildet sind. Außerdem kann eine Raumeinsparung erzielt werden, da die Spannungsversorgungseinrichtung mit einem höheren Innenwiderstand, also in kompakterer Bauweise, realisierbar ist.

Begrenzen bedeutet hierbei, dass ein vorgegebener maximaler zulässiger Sollwert, insbesondere ein Leistungs- oder ein Stromsollwert, nicht überschritten wird. Dazu kann die Leistungsaufnahme, insbesondere die Stromaufnahme, des Startermotors entsprechend reduziert werden und/oder ein Wachsen der Leistungsaufnahme, bezie- hungsweise der Stromaufnahme, über diesen Sollwert verhindert werden, und zwar durch eine geeignete Ansteuerung des Startermotors. Der maximal zulässige Sollwert kann dabei fest in der Steuerung programmiert sein oder in einem weiteren Steuergerät oder einer Messeinrichtung, die später erläutert werden, hinterlegt sein. Im Übrigen kann der maximal zulässige Sollwert auch durch zumindest den Parameter und/oder eine Betriebsgröße, insbesondere der Startvorrichtung oder des Fahrzeugs, bestimmt werden, beispielsweise vor oder bei Inbetriebnahme der Startvorrichtung, also vor einem Startvorgang. Im Übrigen kann die genannte Begrenzung auch in Abhängigkeit von der Zeit erfolgen, wobei der Parameter eine Zeitinformation umfassen kann. So lässt sich beispielsweise innerhalb einer gewissen Zeitspanne nach dem Einschalten der Startvorrichtung, insbesondere nach dem Beginn der Bestromung des Startermotors, die Leistungsaufnahme beziehungsweise die Stromaufnahme begrenzen. Dabei kann die Zeitspanne im Wesentlichen einer Anlaufdauer des Startermotors entsprechen, sodass quasi ein

Anlaufstrom und der daraus resultierende Spannungseinbruch im Bordnetz reduziert wird.

Im Übrigen lässt sich durch die Begrenzung eine Betriebssicherheit erhöhen, indem Fehlfunktionen durch den Spannungseinbruch verhindert werden. Außerdem kann durch die reduzierte Stromaufnahme eine Lebensdauer von Komponenten im Bordnetz, beispielsweise der Spannungsversorgungseinrichtung, insbesondere einer Batterie, erhöht und beispielsweise ein Verschleiß der Startvorrichtung und der Batterie durch die reduzierte Leistungsaufnahme verringert werden, wobei die Leistungsauf- nähme, insbesondere die Stromaufnahme, des Startermotors vorzugsweise auf einen bestimmen minimalen Wert begrenzt oder reduziert wird, bei dem ein zuverlässiger Start der Brennkraftmaschine gewährleistet ist.

Es ist bevorzugt, dass die Steuerung eine Schaltungsanordnung, insbesondere mit ei- nem Mikrocomputer, einem Speicher, einer Kommunikationseinrichtung und/oder einer

Messeinrichtung, umfasst. So lässt sich die Steuerung von kompakter Bauweise realisieren und es lassen sich elektronische Bauelemente synergetisch für die genannten Komponenten nutzen. Ferner ist bevorzugt, dass die Betriebsgröße, insbesondere ein Strom in einer Ständerwicklung des Startermotors, eine Spannung im Bordnetz, ein Strom im Bordnetz, eine Drehzahl des Startermotors, eine Drehzahl der Brennkraftmaschine, eine Temperatur, ein Strom der Spannungsversorgungseinrichtung, ein Alter der Spannungsversorgungseinrichtung und/oder ein Zustand der Spannungsversorgungseinrichtung, vorzugsweise mittels mindestens einem Sensor und einer Erfassungsvorrichtung, erfasst wird und daraus der Parameter, vorzugsweise mittels einer Auswertevorrichtung, abgeleitet wird. Dabei kann die Temperatur eine Temperatur des Startermotors, des Bordnetzes und/oder der Spannungsversorgungseinrichtung sein, insbesondere da sich deren Innen- beziehungsweise Leitungswiderstände in Abhängigkeit von der Temperatur ändern. Mit der oder den Betriebsgröße(n) wird eine einfache Bestimmung des Zu- Stands des Bordnetzes ermöglicht.

Im Übrigen kann bei einer Drehzahl als Betriebsgröße der Startermotor in Abhängigkeit von einem gewissen Drehzahlbereich angesteuert werden, wobei dieser Bereich selbst von dem Zustand des Bordnetzes, der Spannungsversorgungseinrichtung und/oder zugeschalteter elektrischer Lasten abhängig sein kann.

Der Zustand des Bordnetzes kann besonders einfach erfasst werden, indem die Betriebsgröße als Parameter gewählt wird. Dabei entspricht der Parameter also unmittelbar der Betriebsgröße.

Es ist bevorzugt, dass der Parameter mittels eines Modells, einer Formel und/oder eines Kennfelds, insbesondere aus zumindest einer Betriebsgröße, abgeleitet wird. Dadurch lassen sich beispielsweise Toleranzen, Störgrößen oder ein komplizierter Zusammenhang zwischen der Betriebsgröße und dem Zustand des Bordnetzes berück- sichtigen. Ferner kann eine Mehrzahl von Betriebsgrößen erfasst werden und daraus der Parameter abgeleitet werden, und zwar insbesondere mittels des Modells, der Formel und/oder des Kennfelds. So lässt sich der Zustand des Bordnetzes genauer bestimmen. Das Modell, die Formel und/oder das Kennfeld können hinterlegt, vorzugsweise in der

Steuerung gespeichert, sein und können insbesondere das Verhalten des Bordnetzes, der Startvorrichtung, der Brennkraftmaschine und/oder des Startermotors beschreiben. So lässt sich ein Zusammenhang beziehungsweise eine Abhängigkeit zwischen einer oder einer Mehrzahl von Betriebsgrößen und dem Zustand des Bordnetzes einfach und präzise berücksichtigen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Betriebsgröße mit einer Messeinrichtung erfasst. So lässt sich ein aktueller, tatsächlicher Wert der Betriebsgröße ermitteln und der Zustand des Bordnetzes genau bestimmen. Dabei kann die Messeinrichtung unabhängig und/oder separat von der Steuerung ausgebildet sein, und zwar insbeson- dere als ohnehin vorhandener Sensor oder Bestandteil eines weiteren Steuergeräts in dem Fahrzeug. Die Messeinrichtung kann auch ein Bestandteil der Steuerung sein, insbesondere wobei die zu messende Betriebsgröße auch durch die Steuerung gesteuert wird. So lässt sich die Steuerung gemeinsam mit der Messvorrichtung kompakt und kostengünstig realisieren.

Im Übrigen kann der Parameter, insbesondere die Betriebsgröße, als eine Information mit einer Kommunikationseinrichtung erfasst werden, und zwar insbesondere durch eine Kommunikation mit einer Signal- oder Datenquelle, beispielsweise der Messeinrichtung oder einem Steuergerät. So kann eine bereits bestimmte Betriebsgröße, insbe- sondere über eine Daten- oder Signalleitung, von der Steuerung erfasst werden. Dabei kann die Kommunikation zwischen der Steuerung und beispielsweise einer Messeinrichtung für die Spannung im Bordnetz, den Strom im Bordnetz, die Drehzahl des Startermotors, die Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder die Temperatur, beispielsweise an dem Startermotor, ausgebildet sein. Ferner kann mit der Kommunikationsein- richtung eine Kommunikation zwischen der Steuerung und einem Motorsteuergerät, einem Getriebesteuergerät, einem Bordnetzsteuergerät, einem Spannungsversorgungs- einrichtungssteuergerät, insbesondere einer Batteriemanagement-Einrichtung, und/oder Sensoren, beispielsweise zur Erfassung eines Kurbelwinkels, also einer Drehposition einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, oder eines Batteriezustands, ausgebildet sein.

Um funktionale Eigenschaften der Startvorrichtung zu verbessern, ist bevorzugt, dass die Spannungsversorgungseinrichtung, insbesondere des Bordnetzes und/oder des Startermotors, geschaltet wird, insbesondere indem zumindest eine zusätzliche Span- nungsquelle zugeschaltet wird, und zwar insbesondere in einer Reihen- oder Parallelschaltung, oder auf eine leistungsstärkere Spannungsquelle umgeschaltet wird. Es ist also bevorzugt, dass die Steuerung mit einer Schaltvorrichtung für die Spannungsversorgungseinrichtung ausgebildet ist, und zwar insbesondere zum Schalten zumindest einer zusätzlichen Spannungsquelle, insbesondere in einer Parallel- oder Reihenschal- tung, oder zum Umschalten auf eine leistungsstärkere Spannungsquelle. Dadurch lassen sich höhere Betriebsspannungen, beispielsweise für ein höheres Drehmoment des Startermotors, insbesondere bei höheren Drehzahlen, realisieren, und zwar vorzugsweise indem zumindest eine zusätzliche Spannungsquelle in Reihe zu zumindest einer bereits vorhandenen Spannungsquelle geschaltet wird. Ferner lässt sich ein Innenwiderstand der Spannungsversorgungseinrichtung verringern, indem zumindest eine Spannungsquelle parallel zu zumindest einer weiteren Spannungsquelle geschaltet wird. Dadurch kann eine Stromabgabe der Spannungsversorgungseinrichtung erhöht und der Spannungseinbruch im Bordnetz reduziert werden. Mit beiden Schaltungsarten lässt sich also, insbesondere für einen Startvorgang, eine elektrische Leistung erhöhen oder auch eine Belastung einer einzelnen Spannungsquelle reduzieren, beispielsweise um deren Lebensdauer zu verlängern. Das Zu- oder Umschalten einer Spannungsquelle kann dabei vor oder während des Betriebs des Startermotors, also dem Startvorgang, erfolgen.

Die Spannungsquelle kann als eine Batterie, Leitungsbatterie oder als Kondensator ausgebildet sein. So lässt sich durch Schalten der Spannungsversorgungseinrichtung das Bordnetz durch eine zusätzliche Spannungsquelle stützen und/oder eine elektrische Leistung der Startvorrichtung erhöhen.

Insgesamt kann also bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Span- nungseinbruch reduziert werden, indem, wie zuvor beschrieben, die Leistungsaufnahme des Startermotors begrenzt wird und zusätzlich oder auch alternativ das Bordnetz mit einer höheren Spannung oder einem höheren Strom, je nach Schaltung der Spannungsversorgungseinrichtung, gespeist wird. Es ist bevorzugt, dass eine Kommutierung des Startermotors angesteuert, insbesondere variiert, wird, und zwar insbesondere indem ein Tastverhältnis der Ansteuerung, eine Blockbreite von Ansteuerpulsen, vorzugsweise zwischen etwa 120° und etwa 180°, ein Vorkommutierungswinkel, also eine Phasenlage zwischen einem Rotorfeld und einem Statorfeld, und/oder eine Anzahl von zu bestromenden Phasen angesteuert wird. Ferner ist bevorzugt, dass die Steuerung eine Leistungselektronik für den Startermotor umfasst, sodass die Steuerung unmittelbar die Kommutierung des Startermotors ansteuern kann und von kompakter Bauweise realisierbar ist. Indem die Ansteuerung der Kommutierung variiert wird, lässt sich die Leistungsaufnahme, insbesondere die Stromaufnahme, des Startermotors verändern, und zwar vorzugsweise, wie zuvor be- schrieben, begrenzen. Damit kann der Spannungseinbruch beim Betrieb des Starter- motors durch eine geeignete Ansteuerung reduziert werden, und zwar insbesondere ohne zusätzliche Maßnahmen oder Vorrichtungen.

Dabei kann, wie zuvor genannt, die Stromaufnahme reduziert werden, indem das Tast- Verhältnis, mit dem die Leistungselektronik den Startermotor ansteuert, variiert wird.

Ferner kann die Blockbreite der Ansteuerpulse bei einer Blockkommutierung variiert werden, und zwar beispielsweise zwischen 120° und 180° Blockbestromung, wobei die Blockkommutierung stufenlos oder auch gestuft geändert werden kann. Ferner lässt sich eine Stromregelung in einer feldorientierten Regelung realisieren. So können bestromte Phasen umgeschaltet werden, beispielsweise indem der Startermotor für eine gewisse Anzahl Phasen ausgebildet ist und nur ein geeigneter Anteil dieser Phasen bestromt wird. Ferner lässt sich die Phasenlage zwischen dem Rotorfeld und dem Statorfeld variieren, also der Vorkommutierungswinkel ändern, um die Stromaufnahme des Startermotors zu steuern.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Startermotor zumindest in Abhängigkeit von dem Parameter angesteuert werden, indem der Parameter mit einem Sollwert verglichen wird und aus einer Abweichung zwischen dem Parameter und dem Sollwert eine Änderung der Ansteuerung des Startermotors, insbesondere der zuvor beschriebenen Kommutierung, bestimmt wird. Die Steuerung kann also für ein bloßes

Steuern ausgebildet sein, ist jedoch vorzugsweise als Regelung ausgebildet. Vorzugsweise wird der Startermotor also so angesteuert, dass das Bordnetz einen geeigneten Zustand, der durch den Sollwert des Parameters vorgegeben ist, annimmt. Insgesamt lassen sich also insbesondere äußere Einflüsse, beispielsweise eine Temperatur, Alte- rungs- und Verschleißeffekte, Einflüsse weiterer elektrischer Lasten berücksichtigen.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, das in einem Programmspeicher mit Programmbefehlen ladbar ist, um alle Schritte eines zuvor oder nachfolgend genannten Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in dem Mikro- Computer, insbesondere der Steuerung, ausgeführt wird. Dazu ist, wie zuvor genannt, die Steuerung mit dem Mikrocomputer und dem Speicher ausgebildet. Mit dem Computerprogrammprodukt lässt sich der Parameter auswerten und der Startermotor zumindest in Abhängigkeit von dem Parameter ansteuern. Mit dem Computerprogrammprodukt lassen sich ferner besonders einfach das genannte Modell, die Formel und/oder das Kennfeld realisieren oder nutzen, um den Parameter aus einer Betriebsgröße abzuleiten und somit den Zustand des Bordnetzes zu bestimmen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Steuerung,

Fig. 2a ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Steuerung,

Fig. 2b einen zeitlichen Verlauf von Betriebsgrößen,

Fig. 3 ein Flussdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Betreiben der Steuerung,

Fig. 4 einen Schaltplan einer Leistungsendstufe und

Fig. 5 einen Schaltplan einer Spannungsversorgungseinrichtung.

Ausführungsformen der Erfindung

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Steuerung 5 für eine Startvorrichtung 1 mit einem Startermotor 6 zum Starten einer Brennkraftmaschine 2 eines nicht dargstellten Fahrzeugs mit einem Bordnetz 3, wobei das Fahrzeug für einen Start- Stopp-Betriebsmodus ausgebildet ist, um für kurze Haltephasen des Fahrzeugs, beispielsweise an einer roten Ampel, die Brennkraftmaschine auszuschalten und danach für eine Weiterfahrt wieder einzuschalten, sodass ein Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen, insbesondere C0 ₂ -Emissionen, reduziert werden. Das Bordnetz 3 speist weitere Bordnetzverbraucher 22, und zwar beispielsweise ein Motorsteuergerät, ein Bremssicherheitssteuergerät, Anzeigeelemente, Bedienelemente und/oder ein Audiosystem. Der Startermotor 6 ist als Startergenerator ausgebildet, sodass er als elektrische Maschine sowohl als Motor zum Starten der Brennkraftmaschine 2 als auch als Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie einsetzbar ist. Der Startermotor 1 ist über einen Riementrieb, der eine Riemenscheibe 7, einen Antriebsriemen 8, eine Umlenk- und Spannrolle 10 und eine weitere Riemenscheibe 12 umfasst, mit einer Kurbelwelle 13 der Brennkraftmaschine 2 verbunden, wobei an der Kurbelwelle 13 ein Schwungrad 14, beispielsweise ein Zweimassenschwungrad, angeordnet ist. Durch den Riementrieb kann also der Startermotor 6 die Brennkraftmaschine 2 antreiben, um diese zu Starten, oder bei einem Fahrbetrieb des Fahrzeugs die Brennkraftmaschine 2 den Startermotor 6 als Generator antreiben, um elektrische Energie zu erzeugen.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Startermotor 6 auch auf andere Art und Weise mit der Brennkraftmaschine 2 gekoppelt sein, beispielsweise über ein Getriebe. Dabei kann er als herkömmlicher Starter ausgebildet sein, der zum Starten mittels eines Ritzels in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine 2 eingekoppelt wird. Wichtig ist, dass eine mechanische Leistung zwischen der Kurbelwelle 13 und dem Startermotor 6 übertragen wird.

Die Steuerung 5 ist über eine Versorgungsleitung 9 elektrisch mit dem Startermotor 6 verbunden und ist separat ausgeführt. Die Steuerung 5 umfasst eine Leistungselektronik 15, einen Mikrocomputer 16 mit einem Speicher 17, eine Kommunikationseinrichtung 18 und eine Messeinrichtung, nämlich einen Spannungssensor 19, zur Messung einer Spannung im Bordnetz 3.

Mit der Leistungselektronik 15 wird der Startermotor 6 angesteuert, und zwar als Motor und auch als Generator. Dabei umfasst die Leistungselektronik 15 einen aus Halbleiterschaltern aufgebauten Pulswechselrichter, über den der Startermotor 6 ansteuerbar ist, und zwar insbesondere für eine variable Leistungsaufnahme mit einem variablen Strom.

Über den Spannungssensor 19 wird als ein erster Parameter die Spannung im Bordnetz 3 über eine Signalleitung 21 erfasst. Ferner erfasst die Kommunikationseinrichtung 18 eine Information von einem Drehzahlsensor 1 1 über eine Drehzahl n des Startermotors 6 und eine Information über einen Batteriezustand einer Spannungsversor- gungseinrichtung 4, wobei die Informationen über Datenleitungen 20, 23 übertragen werden.

Aus der Drehzahl n und aus dem Batteriezustand werden von einem Computerprogrammprodukt, das in dem Speicher 17 gespeichert ist und in dem Mirkocomputer 16 ausgeführt wird, jeweils weitere Parameter abgeleitet, die den Zustand des Bordnetzes 3 bestimmen. Dazu sind in dem Computerprogrammprodukt eine Formel und ein Modell implementiert und es wird für Ableitungen des Parameters auf ein Kennfeld, das in dem Speicher 17 gespeichert ist, zurückgegriffen.

Die Fig. 2a zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Steuerung 5 nach der Fig. 1 . In einem Schritt S1 wird der Startermotor 6 über die Leistungselektronik 15 mit einer 180° Blockkommutierung zum Starten der Brennkraftmaschine 2 betrieben. Dies führt, bevor die Steuerung 5 eingreift, bei niedrigen Drehzahlen n des Startermotors 6, insbesondere bei dessen Anlaufen, zu einer hohen Leistungsaufnahme, insbesondere einer hohen Stromaufnahme, des Startermotors 6, sodass ein Spannungseinbruch in dem Bordnetz 3 resultiert, bei dem die Spannung im Bordnetz 3 unter einen bestimmten Minimalwert abfällt.

In einem Schritt S2 wird mittels der Kommunikationseinrichtung 18 über die Datenleitung 20 ein Strom I der Spannungsversorgungseinrichtung 4 von der Steuerung 5 er- fasst und mit einem maximalen zulässigen Sollwert des Stroms I verglichen. Im Übrigen ist der maximal zulässige Sollwert des Stroms I fest in dem Computerprogrammprodukt der Steuerung 5 hinterlegt oder er wird auf Basis aktueller Parameter oder Betriebsgrößen berechnet, beispielsweise aus der Drehzahl n, dem Zustand der Spannungsversorgungseinrichtung 4 oder auch weiterer elektrischer Lasten, insbesondere Bordnetzverbraucher 22, oder einer Temperatur, und zwar vorzugsweise vor oder bei jedem Motorstart.

In einem Schritt S3 wird die Stromaufnahme des Startermotors 6 in Abhängigkeit von dem Parameter, in diesem Ausführungsbeispiel dem Strom I von der Spannungsversorgungseinrichtung 4, begrenzt, indem eine Stromdifferenz aus dem messtechnisch erfassten Strom I und dem maximal zulässigen Sollwert des Stroms I berechnet wird. Aus der Stromdifferenz wird ein Sollwert für die Kommutierungsblockbreite abgeleitet, nämlich variabel bis zu 120°. In einem Schritt S4 wird die Kommutierungsblockbreite kontinuierlich von 180° auf den Sollwert 120° gesenkt, und somit der Startermotor 6 in Abhängigkeit von dem Parameter angesteuert, und zwar indem die Stromaufnahme des Startermotors 6 in Abhängigkeit von dem Parameter begrenzt wird. Dadurch wird der Spannungseinbruch redu- ziert und die Spannung im Bordnetz 3 steigt auf einen zulässigen Wert. Alternativ kann die Umschaltung der Kommutierungsblockbreite von 180° auf 120° statt kontinuierlich auch in Stufen erfolgen.

Das Verfahren ist ebenso anwendbar bei P WM-gesteuerten Umrichtern, beispielsweise mit einer feldorientierten Regelung. In diesem Fall kann der Betrag des Sollstrom-

Raumzeigers direkt aus dem gemessenen Strom I der Spannungsversorgungseinrichtung abgeleitet werden.

Anstatt den Strom I der Spannungsversorgungseinrichtung 4 als Parameter zur Be- Stimmung des Zustande des Bordnetzes zu wählen, können auch eine oder mehrere

Betriebsgrößen erfasst werden und daraus der Parameter abgeleitet werden. Eine solche Betriebsgröße kann beispielsweise die Spannung im Bordnetz 3 sein, die von dem Spannungssensor 19 der Steuerung 5 unmittelbar erfasst wird, und/oder die Drehzahl n des Startermotors 6, die als eine Information mit der Kommunikationseinrichtung 18 über eine Kommunikation mit dem Drehzahlsensor 1 1 als Datenquelle erfasst wird.

Aus einer solchen Betriebsgröße oder auch aus einer Mehrzahl solcher Betriebsgrößen kann der Parameter mittels eines Modells, einer Formel und/oder eines Kennfelds abgeleitet werden, und zwar insbesondere mittels des Computerprogrammprodukts. Die Fig. 2b zeigt einen zeitlichen Verlauf von Betriebsgrößen, nämlich des Stroms I der

Spannungsversorgungseinrichtung 4, der Spannung U der Spannungsversorgungseinrichtung 4, die im Wesentlichen der Spannung im Bordnetz 3 entspricht, sowie der Drehzahl n des Startermotors 6. Durch die Begrenzung der Stromaufnahme des Startermotors 6 wird der maximale Strom I um ca. 150 A reduziert, sodass die Spannung U bei dem Spannungseinbruch nur noch auf 9,5 V abfällt, anstatt, nicht dargestellt, auf

8,5V.

Die Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Betreiben der Steuerung 5. In einem Schritt S10 wird geprüft, ob eine Bord- netzstabilität gefährdet ist, indem von der Steuerung 5 zumindest ein Parameter zur

Bestimmung des Zustande des Bordnetzes 3 erfasst wird. Trifft dies zu, wird das Ver- fahren mit einem Schritt S1 1 fortgesetzt, andernfalls mit einem Schritt 14. Mit Stabilität des Bordnetzes 3 wird bezeichnet, dass die Spannung des Bordnetzes 3 innerhalb eines gewissen Spannungsbereichs gehalten wird, insbesondere dass sie einen gewissen unteren Grenzwert nicht oder nur für eine gewisse Zeitspanne unterschreitet.

In dem Schritt S1 1 wird geprüft, ob eine unterstützende Maßnahme zur Stabilisierung des Bordnetzes 3 möglich ist. Eine solche Maßnahme kann darin bestehen, dass in der Spannungsversorgungseinrichtung 4 zumindest eine zusätzliche Spannungsquelle 40 zugeschaltet wird oder auf eine leistungsstärkere Spannungsquelle 40 umgeschaltet wird. Dabei ist eine solche Spannungsquelle 40 eine herkömmliche Blei-Säure-Batterie oder eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Leistungsbatterie. Beim Zuschalten einer Spannungsquelle 40 kann diese parallel oder in Reihe zu einer bereits an das Bordnetz 3 angeschlossenen Spannungsquelle 40 geschaltet werden, sodass sich wahlweise die Spannung U oder die mögliche Stromabgabe erhöhen lässt. Ist eine solche unterstützende Maßnahme möglich, so wird in einem Schritt S12 fortgefahren andernfalls in einem Schritt S13.

In dem Schritt S12 wird zur Stabilisierung des Bordnetzes, nämlich um einen Spannungseinbruch zu reduzieren und/oder um zu verhindern, dass die Spannung im Bord- netz 3 unter einen gewissen Grenzwert fällt, die Spannungsversorgungseinrichtung 4 so geschaltet, dass eine zusätzliche Spannungsquelle 40 parallel zu einer bereits an das Bordnetz 3 angeschlossenen Spannungsquelle 40 zugeschaltet wird. Dadurch wird eine Stromaufnahme des Startermotors 6 sichergestellt und der Spannungseinbruch reduziert sich.

In dem Schritt S13 wird die Stromaufnahme des Startermotors 6 begrenzt, indem eine Kommutierung des Startermotors 6 entsprechend angesteuert wird, und zwar indem eine Blockbreite von Ansteuerpulsen von etwa 180° auf etwa 120° gesenkt wird. In dem Schritt S14 wird geprüft, ob ein Start der Brennkraftmaschine 2 auch bei einer reduzierten Stromaufnahme des Startermotors 6 möglich ist. Trifft dies zu, wird mit dem Schritt S13 fortgefahren, wobei durch die reduzierte Stromaufnahme elektrische Energie beim Starten der Brennkraftmaschine 2 eingespart werden kann. Andernfalls wird mit einem Schritt S15 fortgefahren, bei dem Startermotor 6 mit maximaler Leistung betrieben wird. Bei dem Verfahren zum Betreiben der Steuerungen werden die zuvor genannten Schritte S10 bis S15 wiederholt durchgeführt, um das Bordnetz 3 fortwährend vor einem Spannungseinbruch zu schützen. Ein weiteres, nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in der

Fig. 3 gezeigten Verfahren dadurch, dass zusätzlich der Schritt S10 und entsprechende Folgeschritte S1 1 bis S15 gemäß dem Flussdiagramm zumindest einmal bereits vor dem Starten der Brennkraftmaschine 2 präventiv durchgeführt wird, um frühzeitig zu prüfen, ob die Bordnetzstabilität gefährdet ist und die Brennkraftmaschine 2 schon zu Beginn des Startens den Startermotor 6 wie zuvor beschrieben geeignet anzusteuern, also beispielsweise von vornherein mit einer Blockbreite von 120°.

Für die Begrenzung der Stromaufnahme des Startermotors 6 sind weiterhin folgende Regelstrategien denkbar:

Begrenzen der Stromaufnahme in bestimmten Drehzahlbereichen des Startermotors 6. Diese Bereiche können abhängig vom Zustand des Bordnetzes 3, der Spannungsversorgungseinrichtung 4 oder dem Strom im Bordnetz 3, insbesondere aufgrund zugeschalteter elektrischer Lasten, sein.

Begrenzen der Stromaufnahme in Abhängigkeit von im Bordnetz gemessenen Spannungen oder Strömen.

Begrenzen der Stromaufnahme in Abhängigkeit von einem Alter der Spannungsquelle 40, insbesondere der Batterie.

Begrenzen der Stromaufnahme in Abhängigkeit von einer Zeit, wobei es denkbar ist, innerhalb einer gewissen Zeitspanne nach dem Einschalten der Startvorrichtung 1 , insbesondere des Startermotors 6, die Stromaufnahme zu begrenzen.

Insbesondere wenn das Verfahren mit dem Computerprogrammprodukt in dem Mikrocomputer 16 in der Steuerung 5 ausgeführt wird, kann, wenn die Notwendigkeit der Leistungsbegrenzung des Startermotors 6 oder die Notwendigkeit des Um- oder Zu- schaltens von Spannungsquellen 40 erkannt wird, folgendermaßen verfahren werden: Schalten der Spannungsversorgungseinrichtung 4, wie zuvor beschrieben, um eine höhere elektrische Leistung in das Bordnetz 3 einzuspeisen.

Eingriff in die Ansteuerung des Startermotors 6, und zwar insbesondere durch Variation des Tastverhältnisses der Ansteuerung, Änderung der Blockbreite bei einer Blockkommutierung, Stromregelung in einer feldorientierten Regelung, und/oder Änderung der Phasenlage zwischen Statorfeld und Rotorfeld. Dabei sind die zuvor genannten Maßnahmen jeweils in Kombination oder Einzeln anwendbar.

Bei dem Verfahren können insbesondere eines oder mehrere der nachfolgend erläuterten Ziele verfolgt werden, und zwar insbesondere durch eine geeignete Ansteuerung des Startermotors 6 in Abhängigkeit von dem Parameter. Dabei sind die nachfolgenden Ziele in der nachfolgenden Reihenfolge bevorzugt.

Gewährleisten der Bordnetzstabilität. Es wird insbesondere darauf abgezielt, eine minimale elektrische Spannung im Bordnetz 3 nicht oder nur für eine definierte Zeitspanne zu unterschreiten. So lässt sich eine Betriebssicherheit von an dem Bordnetz 3 angeschlossenen Verbrauchern 22 gewährleisten.

Maximieren einer möglichen Leistungsabgabe des Startermotors 6. Dabei wird innerhalb gesetzter Grenzen eine möglichst hohe Leistung abgegeben. So ist ein zuverlässiger Start der Brennkraftmaschine 2 gewährleistet.

Maximieren der Lebensdauer von Komponenten im Bordnetz 3, insbesondere einer Spannungsquelle 40, beispielsweise einer herkömmlichen Batterie. Dabei wird der Startermotor 6 mit einer möglichst geringen Leistung betrieben, die jedoch zum Starten der Brennkraftmaschine 2 ausreichend sein muss.

Um diese Ziele zu erreichen, wird auf abgespeicherte Informationen, beispielsweise Modelle, Formeln, Kennfelder, die insbesondere das Verhalten der Startvorrichtung 1 und/oder des Bordnetzes 3 beschreiben, oder auf gemessene Werte, insbesondere Betriebsgrößen die einen Rückschluss auf den Zustand des Bordnetzes 3 und/oder der Startvorrichtung 1 liefern, zurückgegriffen.

Die Fig. 4 zeigt einen Schaltplan einer Leistungsendstufe der Leistungselektronik 15 und des Startermotors 6, nämlich einen Wechselrichter 32 mit sechs Halbleiterschal- tern 34, beispielsweise MOSFETs, oder IGBTs. Der Wechselrichter 32 ist über eine Steuerleitung 33 mit dem Mikrocomputer 16 der Steuerung 5 verbunden, sodass die Stromaufnahme des Startermotors 6 über das Bordnetz 3 durch die Steuerung 5 gesteuert wird, indem der Startermotor 6 mittels geeignetem Ansteuern der Halbleiterschaltern 34 angesteuert wird. Die Versorgungsleitung 9 ist dreiphasig ausgebildet, und zwar für drei Ständerwicklungen 35 des Startermotors 6.

Die Fig. 5 zeigt einen Schaltplan der Spannungsversorgungseinrichtung 4, die zwei Spannungsquellen 40, beispielsweise jeweils eine Blei-Säure-Batterie, umfasst. Mittels vier Schaltelementen 41 , die beispielsweise als Relais oder als elektronische Elemente wie Dioden, FET oder IGBT ausgebildet sind, können die beiden Spannungsquellen 40 wahlweise in Reihe oder parallel oder auch jeweils nur eine der Spannungsquellen 40 mit dem Bordnetz 3 verbunden werden. Dabei werden die Schaltelemente 41 über eine Steuerleitung 42 von der Steuerung 5 angesteuert, sodass die Steuerung 5 zwischen den Spannungsquellen 40 umschalten kann oder auch eine Spannungsquelle 40 zusätzlich zu einer bereits an das Bordnetz 3 geschalteten Spannungsquelle 40 zu- oder abschalten kann. Dabei kann durch eine geeignete Ansteuerung der Schaltelemente 41 , wie zuvor beschrieben, bei einer Reihenschaltung die Spannung im Bordnetz 3 erhöht oder bei einer Parallelschaltung ein Innenwiderstand der Spannungsversorgungseinrichtung 4 verringert werden, um den Strom im Bordnetz 3 zu erhöhen. Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerische Darstellungen für die Erfindung als Wesentlich verwiesen.