Titel

Verfahren zum Ermitteln einer Drehmomentgenauigkeit eines von einem riemengetriebenen Startergenerator einer Brennkraftmaschine auf die Brennkraftma- schine übertragenen Drehmoments

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Drehmomentgenauigkeit eines von einem riemengetriebenen Startergenerator einer Brennkraftmaschine auf die Brennkraftmaschine übertragenen Drehmoments sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.

Stand der Technik

Elektrische Maschinen können in Kraftfahrzeugen als sog. Startergeneratoren eingesetzt werden, um einerseits die Brennkraftmaschine im Motorbetrieb der elektrischen Maschine zu starten und andererseits Strom für das Bordnetz und zum Laden der Kraftfahrzeugbatterie im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine zu erzeugen. Derartige elektrische Maschinen können über einen Riemen mit der Brennkraftmaschine bzw. der Kurbelwelle verbunden sein, beispielsweise über den Keilrippenriemen der Brennkraftmaschine (sog. riemengetriebene Startergeneratoren, RSG).

In der DE 10 2009 055 062 A1 wird beispielsweise ein Verfahren zur

Plausibilisierung eines von einer elektrischen Maschine aufgebrachten Antriebs- momentes in einem Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Dabei wird überprüft, ob das von der elektrischen Maschine aufgebrachte Antriebsmoment genau bestimmt ist. Das Verfahren beruht auf einer Überprüfung, ob das Drehmoment des Elektromotors dem Schleppmoment des Verbrennungsmotors entspricht. Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Ermitteln einer Genauigkeit eines von einem riemengetriebenen Startergenerator einer Brennkraftmaschine auf die

Brennkraftmaschine übertragenen Drehmoments (Drehmomentgenauigkeit) sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Unter Drehmomentgenauigkeit sei in diesem Zusammenhang zu verstehen, wie stark ein von dem riemengetriebenen Startergenerator tatsächlich übertragenes Drehmoment (Ist-Wert des übertragenen Drehmoments) von einem vorgegebe- nen zu übertragenden Drehmoment (Soll-Wert des übertragenen Drehmoments) abweicht. Weicht das tatsächlich übertragene von dem vorgegebene Drehmoment stärker ab als angenommen, wird die Drehmomentgenauigkeit als nicht ausreichend bzw. ungenügend angesehen. Zum Ermitteln der Drehmomentgenauigkeit wird in einem Leerlauf der Brennkraftmaschine ein vorgegebenes Test-Drehmoment von dem riemengetriebenen Startergenerator auf die Brennkraftmaschine übertragen. Dieses Test- Drehmoment wird insbesondere als Soll-Wert von einer Steuerung bzw. einem Steuergerät des riemengetriebenen Startergenerator und/oder der Brennkraftma- schine vorgegeben.

Wenn von dem riemengetriebenen Startergenerator das Test-Drehmoment aufgeprägt wird, wird das von der Brennkraftmaschine erzeugte Drehmoment um das vorgegebene Test-Drehmoment verringert. Bei einer ausreichenden Dreh- momentgenauigkeit stimmen das vorgegebene Test-Drehmoment und das tatsächliche übertragene Drehmoment im Wesentlichen überein. Eine Drehzahl der Brennkraftmaschine ändert sich in diesem Fall nicht, sondern bleibt im Wesentlichen konstant auf dem Wert der Leerlaufdrehzahl. Bei nicht ausreichender Drehmomentgenauigkeit wird von dem riemengetriebenen Startergenerator ein tatsächliches Drehmoment übertragen, das entweder größer oder kleiner als das vorgegebene Test-Drehmoment ist. In diesem Fall kann die Drehzahl der Brennkraftmaschine nicht konstant auf der Leerlaufdrehzahl gehalten werden. Die Drehzahl steigt oder sinkt in diesem Fall.

Die Drehzahl der Brennkraftmaschine stellt in diesem Fall ein Maß dar, um die Drehmomentgenauigkeit ermitteln zu können. Daher wird eine Drehzahlgröße, welche von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt, bestimmt und ausgewertet. Aus dieser ausgewerteten Drehzahlgröße wird auf die Drehmomentgenauigkeit rückgeschlossen. Insbesondere bei sinkender oder steigender Drehzahl wird rückgeschlossen, dass das tatsächlich von dem riemengetriebenen Startergenerator übertragene Drehmoment nicht mit dem vorgegebenen Test- Drehmoment übereinstimmt und dass die Drehmomentgenauigkeit nicht ausreichend ist.

Durch die Erfindung können Abweichungen zwischen Ist- und Soll-Drehmoment des riemengetriebenen Startergenerators auf aufwandsarme und kostengünstige Weise erkannt und insbesondere auch korrigiert werden. Dabei ist es nicht nötig, das Drehmoment der Brennkraftmaschine oder des riemengetriebenen Startergenerators tatsächlich zu bestimmen.

Derartige Abweichungen können beispielsweise aufgrund von Material- und Fertigungstoleranzen von Bauteilen, z.B. Sensoren, Aktoren, usw., auftreten oder auch aufgrund von Alterungs- bzw. Verschleißerscheinungen. Beispielsweise kann eine strukturelle Veränderung des Riemens, z.B. eine Längung des Riemens (insbesondere durch Alterung des Zugcordes) oder ein Verschleiß des Riemens (z.B. Verschleiß der Riemenoberfläche, insbesondere der Rippen, wodurch der Riemen für den Riementrieb länger wird) zu derartigen Abweichungen führen. Abweichungen können auch aufgrund von aktuellen Umweltbedingungen auftreten, beispielsweise aufgrund der Umgebungstemperatur.

Diese Abweichungen können durch das Verfahren während des laufenden Betriebs des Kraftfahrzeugs erkannt werden. Es ist nicht nötig, den riemengetriebenen Startergenerator bzw. dessen Bauteile einzeln beispielsweise im Zuge von regelmäßigen Servicearbeiten in einer Werkstatt auf Alterungs- bzw. Verschleißerscheinungen oder Material- und Fertigungstoleranzen zu testen. Die Ermittlung der Drehmomentgenauigkeit kann beispielsweise im Zuge eines jeden Leerlaufs des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden, beispielsweise jedes Mal, wenn das Kraftfahrzeug an einer roten Ampel steht, oder auch nach vorgegebenen auslösenden Ereignissen, z.B. etwa einmal pro Woche, jeweils nach 100 Fahrstunden oder alle 1000 km. Die Ermittlung der Drehmomentgenauigkeit kann jedoch auch als Servicefunktion aktiviert werden, um das Verhalten des Kraftfahrzeugs auf neue Fahrzeugteile (z.B. Keilrippenriemen) im Rahmen einer Reparatur anzuler- nen.

Vorteilhafterweise wird, wenn auf eine nicht ausreichende Drehmomentgenauigkeit rückgeschlossen wird, eine Kompensation bzw. Korrektur des von dem riemengetriebenen Startergenerator übertragenen Drehmoments durchgeführt. Bei- spielsweise kann das vorgegebene Test-Drehmoment im Zuge der Korrektur so lange verändert werden und die Drehmomentgröße kann so lange ausgewertet werden, bis die Drehmomentgenauigkeit ausreichend hoch ist. Insbesondere wird das Test-Drehmoment so lange verändert, bis die Drehzahl konstant verläuft.

Insbesondere kann im Zuge dieser Korrektur ein Korrekturfaktor bestimmt werden, welcher angibt, um wie viel tatsächlich übertragenes und vorgegebenes Drehmoment voneinander abweichen. Beispielsweise ergibt sich dieser Korrekturfaktor als Quotient aus demjenigen Test-Drehmoment, bei welchem auf eine ausreichend hohe Drehmomentgenauigkeit rückgeschlossen wird, dividiert durch das zu Beginn des Verfahrens vorgegebenen Test-Drehmoment. Das zu übertragende Drehmoment kann daraufhin mit diesem Korrekturfaktor beaufschlagt werden. Fertigungs- und Materialtoleranzen sowie Alterungs- bzw. Verschleißerscheinungen werden somit implizit berücksichtigt, ohne dabei aufwendige und kostenintensive Reparaturen oder mechanische Eingriffe vorzunehmen. Weiterhin kann eine gleichbleibende Qualität des riemengetriebenen Startergenerators gewährleistet werden. Insbesondere wird gewährleistet, dass in einem Boost- Rekuperations-Modus exakt ein gewünschtes Drehmoment von der Brennkraftmaschine auf den riemengetriebenen Startergenerator übertragen wird, um Energie in einer Batterie zu speichern, und dass nicht ungewollt zu viel Drehmoment übertragen wird, was zu unerwünschten Leistungseinbußen der Brenn- kraftmaschine führen kann. Analog kann gewährleistet werden, dass bei Unterstützung der Brennkraftmaschine durch die elektrische Maschine ein gewünschtes Drehmoment von dem riemengetriebenen Startergenerator auf die Brennkraftmaschine übertragen wird. Insbesondere wird somit verhindert, dass es zu einer Beeinträchtigung des Fahrgefühls durch ungewollte Drehmomentsprünge kommt.

Beispielsweise wenn die Brennkraftmaschine als ein Dieselmotor ausgebildet ist, kann der riemengetriebene Startergenerator zum verbesserten Freibrennen eines ΝΟχ-Speicherkatalysators verwendet werden. Der Betriebspunkt des Die- selmotors kann dabei zu höheren Lasten verschoben werden. Überschüssige

Leistung kann durch den riemengetriebene Startergenerator rekupiert und in der Batterie zwischengespeichert werden. Die gespeicherte Energie kann bei Bedarf durch "Boosten" wieder in motorisches Moment umgewandelt werden. Durch derartige dynamische Drehmomentunterstützung kann eine innermotorische Re- duktion der NO _x -Emissionen erzielt werden. Durch das Verfahren kann gewährleistet werden, dass durch hohe Drehmomentgenauigkeit der entsprechende gewünschte Effekt erzielt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung wird die Drehzahl selbst bzw. ein Dreh- zahlverlauf als Drehzahlgröße bestimmt. Prinzipbedingte, zyklische Schwingungen des Drehzahlverlaufs einer Brennkraftmaschine können durch geeignete Filter berücksichtigt werden, damit die Drehzahl im Sinne des Verfahrens richtig gedeutet wird. Es können jedoch auch andere Größen als Drehzahlgröße bestimmt werden, beispielsweise das Drehmoment oder eine Schwingungsfrequenz der Brennkraftmaschine bzw. deren Verläufe. Die Drehzahl wird zumeist ohnehin im Zuge des regulären Betriebs der Brennkraftmaschine bestimmt, wodurch keine zusätzlichen Sensoren oder Rechenoperationen notwendig sind. Als Drehzahlgröße kann weiterhin eine Steigung der Drehzahl bestimmt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine statistische Auswertung einer Vielzahl von bestimmten Drehzahlgrößen durchgeführt, die insbesondere über einen bestimmten Zeitraum gesammelt wird. Insbesondere wird bei einer Vielzahl von Leerläufen der Brennkraftmaschine jeweils ein Wert für die Drehzahlgröße bestimmt. Diese unterschiedlichen Werte für die Drehzahlgröße werden beispielsweise jeweils in einem Speicherbereich eines Steuergeräts hinterlegt. Beispielsweise kann ein Mittelwert dieser einzelnen Werte der Drehzahlgröße bestimmt und ausgewertet werden. Somit können kurzzeitige Schwankungen in der Drehmomentgenauigkeit, beispielsweise aufgrund von schwankender Motortemperatur, ausgemittelt werden und nur eine langzeitige Veränderung der Drehmomentgenauigkeit kann berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann insbesondere auf Alterungs- bzw. Verschleißerscheinungen des Riemens geschlossen werden, wie z.B. Längung oder Verschleiß des Riemens. Vorzugsweise wird eine Zeitreihenanalyse der Vielzahl von bestimmten Drehzahlgrößen durchgeführt. Durch die Zeitreihenanalyse kann insbesondere ein Trend bzw. eine Trendlinie der Drehzahlgröße bestimmt werden.

Vorteilhafterweise wird das Ergebnis der Auswertung der Drehzahlgröße bzw. die ausgewertete Drehzahlgröße mit Hilfe statistischer Funktionen auf Plausibilität geprüft. Unplausible Messwerte, welche beispielsweise durch nicht beeinflussbare Randbedingungen, wie etwa Temperaturschwankungen, entstehende können, können somit erkannt und aussortiert bzw. ignoriert werden.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.

Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt schematisch einen Riementrieb eines Kraftfahrzeugs mit Brennkraftmaschine und riemengetriebenem Startergenerator, der dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.

Figur 2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens als Blockdiagramm.

Figur 3 zeigt schematisch Diagramme von Drehmomenten einer Brennkraftmaschine und eines riemengetriebenen Startergenerators, aufgetragen gegen die Zeit, und Diagramme einer Drehzahl einer Brennkraftmaschine, aufgetragen gegen die Zeit, die im Zuge einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden können.

Ausführungsform(en) der Erfindung

In Figur 1 ist ein Riementrieb eines Kraftfahrzeugs schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet. Eine Brennkraftmaschine 110 des Kraftfahrzeugs weist eine Kurbelwelle auf, die drehfest mit einem Kurbelwellen-Antriebsrad 150 verbunden ist. Das Kurbelwellen-Antriebsrad 150 ist beispielsweise als Riemenscheibe ausgebildet. Über einen Riemen 120, beispielsweise über einen Keilrippenriemen, ist die Brennkraftmaschine 1 10 mit einem riemengetriebenen Startergenerator 130 Drehmoment übertragend verbunden. Der Riemen 120 greift insbesondere kraft- und/oder formschlüssig in das Kurbelwellen-Antriebsrad 150 und in ein Antriebsrad 131 des Startergenerators 130 ein. Das Antriebsrad 131 ist drehfest mit einem Rotor des Startergenerators 130 verbunden. Die Brennkraftmaschine 1 10 kann über den Riemen 120 mit weiteren Komponenten 160, wie Ventilatoren oder Kühlmittelpumpen, verbunden sein. Weiterhin kann ein Riemenspanner 140 vorgesehen sein, um den Riemen 120 vorzuspannen.

Ein Steuergerät 170 ist zur Steuerung der Brennkraftmaschine 1 10 und des Startergenerators 130 eingerichtet. Das Steuergerät 170 ist insbesondere dazu eingerichtet, eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, welche in Figur 2 schematisch als ein Blockdiagramm dargestellt ist.

Das Kraftfahrzeug wird dabei regulär beispielsweise im Straßenverkehr betrieben. In Schritt 201 wird die Brennkraftmaschine 1 10 im Leerlauf betrieben, beispielsweise weil das Kraftfahrzeug an einer roten Ampel zum Stillstand kommt oder geparkt wird. Im Leerlauf beträgt die Drehzahl beispielsweise 700 U/min (Leerlaufdrehzahl).

In Schritt 202 wird von dem Steuergerät 170 ein Test-Drehmoment von beispielsweise 1 Nm vorgegeben. Das Steuergerät 170 steuert den Startergenerator 130 an, damit dieser das vorgegebene Test-Drehmoment über den Riemen 120 auf die Brennkraftmaschine überträgt.

In Schritt 203 steuert das Steuergerät 170 die Brennkraftmaschine 110 an, um deren Drehmoment um das vorgegebene Test-Drehmoment von 1 Nm zu verringern.

Wenn das tatsächlich von dem Startergenerator 130 auf die Brennkraftmaschine 1 10 übertragene Drehmoment dem vorgegebenen Test-Drehmoment entspricht, sollte die Drehzahl zumindest im Wesentlichen konstant die Leerlaufdrehzahl von 700 U/min beibehalten. Weichen tatsächliches übertragenes Drehmoment (Ist- Drehmoment) und vorgegebenes Test-Drehmoment (Soll-Drehmoment) voneinander ab, beispielsweise aufgrund von Alterungs- bzw. Verschleißerscheinungen oder Material- und Fertigungstoleranzen, verändert sich die Drehzahl.

In Schritt 204 wird daher die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 10 als Drehzahlgröße bestimmt. In Schritt 205 wird die bestimmte Drehzahl ausgewertet. Dabei wird insbesondere überprüft, ob die Drehzahl konstant den Wert der Leerlaufdrehzahl von 700 U/min beibehält oder ob die Drehzahl sinkt oder steigt. Daraus wird auf eine Drehmomentgenauigkeit des vom Startergenerator 130 auf die Brennkraftmaschine 110 übertragenen Drehmoments rückgeschlossen.

Bleibt die Drehzahl konstant, wird in Schritt 206 rückgeschlossen, dass die Drehmomentgenauigkeit ausreichend hoch ist. Sinkt oder steigt die Drehzahl, weichen tatsächliches übertragenes Drehmoment und vorgegebenes Test- Drehmoment voneinander ab. In diesem Fall wird in Schritt 207 rückgeschlossen, dass die Drehmomentgenauigkeit nicht ausreichend hoch ist. In diesem Fall wird in Schritt 208 eine Korrektur des vom Startergenerator 130 übertragenen Drehmoments durchgeführt. Dabei wird beispielsweise das vorgegebene Test- Drehmoment so lange iterativ verändert, bis die Drehzahl der Brennkraftmaschine 110 konstant bleibt und die Drehmomentgenauigkeit somit ausreichend hoch ist.

Weiterhin kann ein Korrekturfaktor bestimmt werden, der angibt, wie stark das tatsächlich übertragene Drehmoment von dem vorgegebenen Test-Drehmoment abweicht. Beispielsweise wird als Korrekturfaktor ein Quotient aus demjenigen Test-Drehmoment bestimmt, bei welchem die Drehzahl konstant bleibt, dividiert durch das Test-Drehmoment, welches gemäß Schritt 202 vorgegeben wurde. Dieser Korrekturfaktor kann zukünftig bei der Ansteuerung des Startergenerators 130 berücksichtigt.

Das Verfahren wird insbesondere abgebrochen, wenn sich in den Schritten 201 bis 204 die Drehzahl aufgrund einer Fahreranforderung (z.B. Anfahren) ändert. In allen Fällen, sowohl bei Abbruch als auch bei ausreichender bzw. nicht ausrei- chender Drehmomentgenauigkeit, wird das Verfahren zum Ermitteln der Drehmomentgenauigkeit wiederholt, sobald das Kraftfahrzeug erneut im Leerlauf betrieben wird, angedeutet durch Bezugszeichen 209. Die in dem jeweiligen Schritt 204 bestimmte und ausgewertete Drehzahl kann in einem Speicherbereich des Steuergeräts 170 hinterlegt und für eine Zeitreihenanalyse verwendet werden.

Durch nicht beeinflussbare Randbedingungen entstehende unplausible Messwerte können so mit Hilfe statistischer Funktionen erkannt und ignoriert werden.

In Figur 3 sind Diagramme dargestellt, welche im Zuge einer bevorzugten Aus- führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden können. In den Figuren 3a bis 3c sind jeweils drei Diagramme dargestellt. In dem oberen Diagramm ist jeweils das Drehmoment M _E der Brennkraftmaschine 1 10 dargestellt, aufgetragen gegen die Zeit t, in dem mittleren Diagramm jeweils das Drehmoment M _RS G des Startergenerators 130, aufgetragen gegen die die Zeit t. In dem unteren Diagramm ist jeweils die Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1 10 gegen die Zeit t aufgetragen, die gemäß Schritt 204 bestimmt wird.

Zu einem Zeitpunkt t ₀ wird jeweils das Drehmoment M _RS G des Startergenerators 130 gemäß Schritt 202 um das Test-Drehmoment ΔΜ erhöht und das Drehmo- ment M _E der Brennkraftmaschine 1 10 wird jeweils gemäß Schritt 203 um das

Test-Drehmoment ΔΜ von 1 Nm verringert.

In Figur 3a ist der Fall dargestellt, dass tatsächlich übertragenes Drehmoment und vorgegebenes Test-Drehmoment ΔΜ übereinstimmen und dass die Dreh- momentgenauigkeit ausreichend hoch ist, analog zu Schritt 206. Die Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1 10 verläuft dabei auch nach dem Zeitpunkt t ₀ konstant und behält die Leerlaufdrehzahl N ₀ von 700 U/min bei.

In Figur 3b ist der Fall dargestellt, dass das tatsächlich übertragene Drehmoment kleiner als das vorgegebene Test-Drehmoment ΔΜ ist, analog zu Schritt 207. Die

Drehmomentgenauigkeit ist somit nicht ausreichend. Die Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1 10 sinkt dabei nach dem Zeitpunkt t ₀ . In Figur 3c ist analog zu Schritt 207 der Fall dargestellt, dass das tatsächlich übertragene Drehmoment größer als das vorgegebene Test-Drehmoment ΔΜ ist. Die Drehmomentgenauig- keit ist dabei ebenfalls nicht ausreichend. Die Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1 10 steigt dabei nach dem Zeitpunkt t ₀ .