Titel

Verfahren zum Betreiben einer Steuerung für eine Startvorrichtung, Steuerung und Computerprogrammprodukt

L O

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Steuerung für L 5 eine Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug, wobei eine Einspurvorrichtung, die die Startvorrichtung umfasst, von der Steuerung zum Einspuren eines Starterritzels in den Zahnkranz einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit einer Start-Stopp-Betriebsstrategie, angesteuert wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Computerprogrammprodukt mit einem > 0 Startermotor, einem Starterrelais und einem vom Starterrelais ein- und ausrückbaren Starterritzel, wobei mit der Steuerung ein Start-Stopp-Betrieb einer Brennkraftmaschine ausführbar ist und das Starterrelais und der Startermotor separat und definiert von der Steuerung ansteuerbar sind.

>5 Es ist bekannt, zur Einsparung von Kraftstoff und Emissionen die Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug durch eine Motorsteuerung beispielsweise an Ampeln oder wegen Verkehrshindernissen, die zu einem kurzfristigen Stopp zwingen, nach bestimmten Abschaltbedingungen, insbesondere nach einem bestimmten Zeitablauf, auszuschalten. Es ist ferner bekannt, eine Brennkraftmaschine mittels

30 eines Startermotors, der ein Starterritzel aufweist, das in einen Zahnkranz einer

Brennkraftmaschine eingespurt wird, zu starten. Für eine solche Konstruktion einer Brennkraftmaschine, die mit Hilfe eines Starterritzels gestartet wird, gibt es für einen Wiederstart Mindestzeiten, die abgewartet werden müssen, bis die Brennkraftmaschine wieder gestartet werden kann, da das stehende Starterritzel

35 in einen sich drehenden Zahnkranz nicht eingespurt werden darf. Es gibt Entwicklungen, das Starterritzel bereits während des Auslaufens der Brennkraftmaschine in den Zahnkranz einzuspuren. Dazu ist folgender stand der Technik bekannt.

5 Aus der DE 10 2006 01 1 644 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung mit einem Starterritzel und einem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Drehzahl des Zahnkranzes und des Starterritzels ermittelt werden, um das Starterritzel nach dem Ausschalten der Brennkraftmaschine mit im Wesentlichen gleicher Drehzahl beim Auslaufen der Brenn-

L O kraftmaschine einzuspuren. Das Starterritzel bleibt bis zum Andrehen der Brennkraftmaschine in einem eingespurten Zustand.

Die DE 10 2006 039 1 12 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen der Drehzahl des Startermotors für einen Kfz-Verbrennungsmotor. Es wird ferner be-

L 5 schrieben, dass der Startermotor ein eigenes Starter-Steuergerät umfasst, um die Drehzahl des Startermotors zu berechnen und um in einem Start-Stopp- Betrieb das Ritzel vom Startermotor zu beschleunigen, wenn ein Selbststart des Verbrennungsmotors aufgrund gesunkener Drehzahl nicht mehr möglich ist. Das Ritzel wird mit im Wesentlichen synchroner Drehzahl in den Zahnkranz des aus-

10 laufenden Verbrennungsmotors eingerückt. Dieser Stand der Technik wird als nächstliegend betrachtet.

Die DE 10 2005 004 326 A1 beschreibt eine Startvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einem separaten Einrück- und Startvorgang. Hierfür hat die

>5 Startvorrichtung eine Steuereinheit, die einen Startermotor und ein Stellglied zum

Einrücken eines Starterritzels separat ansteuert. Von der Steuereinheit kann das Starterritzel vor einem Startvorgang des Fahrzeugs in den Zahnkranz eingespurt werden, bevor der Fahrer einen neuen Startwunsch geäußert hat. Dabei wird ein als Stellglied ausgebildetes Einrückrelais bereits während einer Auslaufphase

30 des Verbrennungsmotors angesteuert. Die Drehzahlschwelle liegt hierbei weit unter der Leerlaufdrehzahl des Motors, um den Verschleiß der Einspurvorrichtung möglichst gering zu halten. Um Spannungseinbrüche im Bordnetz durch einen sehr hohen Anlaufstrom vom Startermotor zu vermeiden, wird durch die Steuereinheit ein sanfter Anlauf, beispielsweise durch eine Taktung des Starter-

35 stroms realisiert. Die Leistungsfähigkeit des Bordnetzes wird durch Analyse des Batteriezustands überwacht und entsprechend wird der Startermotor getaktet

bzw. mit Strom versorgt.

Die DE 10 2005 021 227 A1 beschreibt eine Startvorrichtung für eine Brenn- 5 kraftmaschine in Kraftfahrzeugen mit einer Steuereinheit, einem Starterrelais, einem Starterritzel und einem Startermotor für eine Start-Stopp-Betriebsstrategie.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und eine Steuerung der eingangs genannten Art derart weiterzu- L O bilden, um einen Fahrzeugkomfort zu verbessern, in dem ein Start-Stopp-Betrieb

mit einer schnellen und sicheren Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine ausführbar ist.

Offenbarung der Erfindung

L 5

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und

9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

? 0 Es ist ein Gedanke der Erfindung mindestens einen Betriebsparameter, der die Einspurvorrichtung beeinflusst zu erfassen und auszuwerten und die Einspurvorrichtung für einen Start-Stopp-Betrieb über die Steuerung an den mindestens einen Betriebsparameter angepasst anzusteuern. Es ist also eine Idee der Erfindung, Betriebsparameter, die Einfluss auf den Einspurvorgang des Starterritzels haben, zu berücksichtigen,

>5 um das Starterritzel mit einer möglichst geringen Geschwindigkeitsdifferenz zwischen

Zahnkranz und Starterritzel in einem Start-Stopp-Betrieb im Betriebsmodus einer auslaufenden Brennkraftmaschine in den Zahnkranz einzuspuren. Da die Einspurdauer von bestimmten Betriebsparametern abhängig ist, sollen diese Betriebsparameter er- fasst werden, um einen richtigen Einspurzeitpunkt exakter zu treffen, das heißt, dass

30 die umlaufenden Zahnflanken von Zahnkranz und der Starterritzel im Wesentlichen eine synchrone Drehzahl aufweisen. Somit ist der Verschleiß und die Geräuschentwicklung einer Startvorrichtung auch im Start-Stopp-Betrieb minimiert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Temperatur der Einspurvorrich- 35 tung als Betriebsparameter erfasst. Die Temperatur ist eine wesentliche variable Grö- ße, die die Dauer des Einspurens verändert und somit für einen exakten, synchronen Einspurvorgang wesentlich ist.

Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform wird die Ansteuerung 5 von der Einspurvorrichtung durch mindestens einen, vorzugsweise zwei, einstellbare

Ansteuerparameter von der Steuerung angepasst. Somit kann beispielsweise bei einem einzigen Betriebsparameter ein Ansteuerparameter für eine einfache Steuerung realisiert werden. Um eine höhere Flexibilität zu erreichen, können vorzugsweise zwei Ansteuerparameter, wie beispielsweise, insbesondere der Ansteuerzeitpunkt und die L O Ansteuerleistung kombiniert angepasst werden. Somit kann der richtige Einspurzeitpunkt des Starterritzels in einen Zahnkranz einer auslaufenden Kraftmaschine noch exakter ausgeführt werden.

Der mindestens eine Betriebsparameter kann beispielsweise durch mindestens einen L 5 separaten Sensor erfasst werden, der mit der Steuerung in Informationskontakt steht.

Gemäß einem weiter bevorzugten, die Erfindung weiterbildenden Verfahrens, wird die Einspurvorrichtung von der Steuerung als Sensor von mindestens einem Betriebsparameter, insbesondere zur Bestimmung der Temperatur, einer Position des Starterrit-

> 0 zels sowie der Geschwindigkeit des Starterritzels eingesetzt. Die Einspurvorrichtung wird also mit einem Teststrom bestromt, und von der Steuerung wird mit einer Auswertevorrichtung der Teststrom ausgewertet und daraus die Temperatur, die Position oder des Starterritzels oder die Geschwindigkeit des Starterritzels ermittelt. Vorzugsweise weist die Einspurvorrichtung zwei getrennt bestrombare Erregerwicklungen zur Detek-

?5 tion auf, wobei die Steuerung eine Mess- und Auswertevorrichtung umfasst. Somit werden Werte von Betriebsparametern direkt an der Einspurvorrichtung gemessen und zuvor ohne zusätzlichen Bauteilaufwand oder zusätzliche Sensoren. Die Mess- und Auswertevorrichtung ist vorzugsweise in der Steuerung bereits eingebaut, um für ein Start-Stopp-Betriebsverfahren weitere optimierte und vorteilhafte Funktionen zu erfül-

30 len.

Gemäß einem besonders einfachen Verfahrensaufbau wird mindestens ein Ansteuerparameter von mindestens einem abhängig veränderlichen Betriebsparameter über eine abgespeicherte Kennlinie von der Steuerung ermittelt. Eine 35 Wechselbeziehung zwischen Betriebsparameter und Ansteuerparameter, bei- spielsweise über eine temperaturabhängige Kennlinie, ist ein besonders einfaches Verfahren. Vorzugsweise ist eine Kennlinie für die Dauer bis zum Auftreffen des Starterritzels auf den Zahnkranz für die Relaistemperatur in der Steuerung hinterlegt. Alternativ kann auch eine Kennlinie über der Temperatur des Relais

5 für die Änderung der Einspurdauer bezüglich einer Referenztemperatur hinterlegt sein. Diese Alternative ist sinnvoll, wenn noch weitere von der Temperatur unabhängige Einflüsse auf die Einspurdauer berücksichtigt werden. Somit kann gemäß einem ersten bevorzugten Verfahren der Temperatureinfluss auf die Bewegung des Starterritzels beim Vorschub durch ein Einspurrelais berücksichtigt

L O werden und der Zeitpunkt, in dem das Starterritzel beim Einspurvorgang auf den

Zahnkranz trifft genauer eingestellt werden.

Gemäß einem alternativen Verfahren wird der mindestens eine Ansteuerparameter von mindestens einem abhängigen veränderlichen Betriebsparameter, insbe-

L 5 sondere einer Betriebstemperatur über eine abgespeicherte Kennlinie bezüglich mindestens eines Betriebsparameter-Referenzwerts von der Steuerung durch Verschiebung der Kennlinie bezüglich des Referenzwerts ermittelt. Das Verschieben einer Kennlinie bezüglich Referenzwerten erlaubt eine Beeinflussung des Ansteuerparameters über verschiedene Betriebsparameter einfließen zu las-

? 0 sen. Beispielsweise kann ein Kennfeld mit der Ritzelposition oder der Ritzelgeschwindigkeit über der Temperatur und der Zeit, mit der das Relais mit einer bestimmten Bestromung beaufschlagt wird, hinterlegt sein. Es kann beispielsweise bei einem bekannten Ritzelweg die Dauer, bis das Ritzel den Zahnkranz erreicht, aus dieser Kennlinie bestimmt werden.

Bei einem alternativen, weiter bevorzugten Verfahren wird hier mindestens ein Ansteuerparameter aus einem mehrdimensionalen Kennfeld ermittelt. Es wird also bei dem oben beschriebenen Verfahren noch zumindest eine weitere oder eine Kombination von folgenden Eingangsgrößen als Wert von verschiedenen Be- 30 triebesparametern eingehen, dabei sind mögliche Werte von Betriebsparametern die aktuelle Ritzelposition, der tatsächliche Relaisstrom oder der Schubweg des Relais-Ankers, bis das Starterritzel in Bewegung gesetzt wird.

Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform wird der mindes- 35 tens eine Ansteuerparameter aus einem physikalischen Modell, insbesondere einem Temperatur-Modell ermittelt, wobei Betriebsparameter wie eine Ankerpositi- on, ein Schubweg und eine Geschwindigkeit durch Integration bestimmt und errechnet werden.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird der Ansteuerparameter aus ei- 5 ner Funktion der Temperatur T, der Ritzelposition p und der Ritzelgeschwindigkeit v ermittelt. Somit kann eine Abschätzung des aktuellen Zustande des Starterritzels aus diesen Werten durchgeführt werden und als Grundlage für Steuerparameter zur Ansteuerung der Bewegung des Starterritzels eingesetzt werden.

L O Bei einem vorteilhaften Verfahren werden Ansteuerparameter in der Relation zu

Betriebsparameterwerten gelernt. Zum Beispiel ist der Temperatureinfluss als Lernfunktion der Steuerung implementierbar, so dass durch eine Kontrollfunktion die Parameterwerte überprüft werden, gegebenenfalls angepasst werden, indem beispielsweise die tatsächliche Dauer bis zum Einspuren des Starterritzels in den

L 5 Zahnkranz aufgezeichnet wird.

Nach einer Regel, zum Beispiel einer aus Durchschnittswerten ermittelten Dauer wird diese neue Dauer entweder kontinuierlich oder in Abständen angepasst. Vorzugsweise ist als Messsensor die Einspurvorrichtung mit einer Schaltwicklung ? 0 in Doppelfunktion ausgebildet, indem die induzierte Spannung in der Schaltwicklung bestimmt wird. Oder es werden andere Strom- und/oder Spannungswerte in der Einspurvorrichtung als Sensorwerte ausgewertet.

Um die Temperaturabhängigkeit der Einspurvorrichtung zu minimieren, wird eine, >5 insbesondere temperaturabhängige Ausschiebedauer des Starterritzels durch eine variable Ansteuerung oder insbesondere durch eine Regelung der Ansteuerleistung und/oder der Ansteuerzeitpunkte kompensiert. Somit lässt sich ein Starterritzel in eine auslaufende Brennkraftmaschine mit einer hochgenauen Synchronisation exakter und mit minimiertem Geräusch über einen großen Betriebs- 30 bereich einspuren.

Der Betriebsbereich der Einspurvorrichtung erstreckt sich über einen großen Temperaturbereich, der bei einem Start-Stopp-Betrieb auftritt.

35 Die Aufgabe wird darüber hinaus auch durch ein Computerprogrammprodukt dadurch gelöst, das es in einen Programmspeicher mit Programmbefehlen ladbar ist, um alle Schritte des oben beschriebenen Verfahrens auszuführen, wenn das

Programm in einer Steuerung ausgeführt wird.

Das Computerprogrammprodukt hat den Vorteil, dass es keine zusätzlichen Bau- 5 teile im Fahrzeug erfordert, sondern sich als Module als Verfahren in Steuerungen im Fahrzeug implementieren lässt. Das Computerprogrammprodukt lässt sich leicht an individuelle, empirische und verbesserte Werte anpassen. Eine Selbstlernfunktion ist leicht implementierbar.

L O Die Aufgabe wird darüber hinaus durch eine Steuerung dadurch gelöst, dass die

Steuerung eine Erfassungseinrichtung für Betriebsparameter und eine Auswertevorrichtung mit variabler Leistungsansteuerung der Starterrelais umfasst, um eine, insbesondere temperaturabhängige Ausschiebedauer des Starterritzels zu kompensieren. Somit ist ein exakt arbeitender Start-Stopp-Betrieb mit erhöhten

L 5 Leistungsumfang realisierbar.

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.

> 0

Kurzbezeichnung der Zeichnungen

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

Fig. 1 einen Schaltplan einer Startvorrichtung mit erfindungsgemäßer Steuerung,

Fig. 2 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

30

Fig. 3 ein Zeit-Weg-Temperatur-Diagramm,

Fig. 4 ein Zeit-Weg-Temperatur-Diagramm,

35 Fig. 5 ein Strom-Spannungs-Weg-Zeit-Diagramm von Signalverläufen beim

Einspurvorgang und Fig. 6 ein Ersatzschaltbild der Einspurwicklung. Ausführungsformen der Erfindung

5 Die Fig. 1 zeigt einen Schaltplan einer Startvorrichtung 1 mit einem Startermotor

1 1 und einem Starterrelais 13 zum Starten einer Brennkraftmaschine 2. Die Brennkraftmaschine 2 ist mit einer Motorsteuerung 3 verbunden, die über eine Kommunikationsleitung 4, beispielsweise einen CAN-Bus, mit einer Steuerung 5 von der Startvorrichtung 1 kommuniziert.

L O

Die Motorsteuerung 3 umfasst einen Start-Stopp-Betriebsmodus, gemäß dem die Brennkraftmaschine aufgrund von Ausschaltbedingungen gestoppt wird oder Anschaltbedingungen gestartet wird. Die Motorsteuerung 3 bestimmt, ob die Brennkraftmaschine 2 aufgrund eines Start-Stopp-Betriebsmodus ausgeschaltet wird

L 5 und übermittelt entsprechende Informationen an die Steuerung 5. Um die Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine 2 im Start-Stopp-Betrieb zu erhöhen, wird angestrebt, in einem speziellen Start-Stopp-Betriebsmodus ein Starterritzel 8 einer Einspurvorrichtung 6 in einen Zahnkranz 10 einer auslaufenden Brennkraftmaschine 2 einzuspuren. Das Starterritzel 8 wird nach dem Starten der Brennkraft-

10 maschine 2 wieder ausgespurt. Um die Lebensdauer von Starterritzel 8, Einspurvorrichtung 13 und Zahnkranz 10 zu erhöhen sowie einen hohen Verschleiß zu vermeiden, ist es ein Ziel, das Starterritzel 8 mit einer möglichst synchronen, umlaufenden Geschwindigkeit zum Zahnkranz 10 der Brennkraftmaschine 2 einzuspuren. Die Dauer, die die Einspurvorrichtung 6 mittels des Starterrelais 13 zum

>5 Einspuren benötigt, ist abhängig von verschiedenen Betriebsparametern, insbesondere von der Temperatur des Starterrelais 13. Erfindungsgemäß wird zumindest die Temperatur des Starterrelais 13 berücksichtigt.

Die Temperatur kann mit einem externen Temperatursensor 28 erfasst werden.

30 Der Temperatursensor 28 liefert Messwerte an die Motorsteuerung 3, die zur

Weiterverarbeitung für die Steuerung 5 übermittelt werden. Die Temperatur der Einspurvorrichtung 6 kann im Wesentlichen dem Temperaturbereich des externen Temperatursensors entsprechen. Um die Temperatur der Einspurvorrichtung ohne zusätzlichen Bauteilaufwand hinsichtlich eines externen Temperatursen-

35 sors zu erhalten sowie um hochgenaue Temperaturmesswerte von dem Starter- relais 13 zu gewinnen, wird das Starterrelais 13 selbst als Temperatursensor von der modifizierten Steuerung 5 eingesetzt.

Die Fig. 1 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform vom Starterre-

5 lais 13. Gemäß dieser Ausführungsform weist das Starterrelais 13 eine Einspurwicklung 22 und eine Schaltwicklung 23. Durch Bestromung der Schaltwicklung 23 wird ein Relaiskontakt geschlossen, so dass der Startermotor 1 1 direkt mit einem Strom der Batterie 19 beaufschlagt wird. Beide Relaiswicklungen sind separat durch Leistungsschalter 17 und 18 von einer Batterie 19 bestrombar. Die

L O Ströme und die Spannungen können jeweils einzeln von einer Erfassungseinrichtung 20 erfasst werden, so dass mit Hilfe der Steuerung 5 die von der Erfassungseinrichtung 20 erfassten Ströme bewertet werden und daraus Betriebsparameter, vorzugsweise die Temperatur, abgeleitet wird, so dass das Starterrelais 13 an den Betriebsparameter angepasst und angesteuert wird. Das Starterrelais

L 5 13 wird mit einem kleinen Strom zum Messen der Temperatur bestromt. Der

Strom ist so klein, dass das Starterritzel 8 nicht eingespurt wird. Aufgrund eines induktiven Verhaltens der Relaisspule kann der Strom mittels der Erfassungseinrichtung 20, mit einer Messeinrichtung 21 beziehungsweise 25 gemessen werden. Der Temperatureinfluss kann im Betriebsverhalten des Starterrelais 13 be-

10 rücksichtigt werden. Somit ist ein synchroner Einspurvorgang noch exakter ausführbar, in dem der Temperatureinfluss kompensiert wird. Die Ansteuerung der Einspurwicklung 22 ist über zwei Ansteuerparameter einstellbar. Ein erster Ansteuerparameter ist der Einspurzeitpunkt, der je nach Temperatur ausgehend von einem Referenzwert nach vorne oder nach hinten gelegt werden kann und

15 ein weiterer, zweiter Ansteuerparameter ist die Ansteuerleistung, die entweder erhöht oder erniedrigt werden kann.

Weitere Betriebsparameter sind die Positionsbestimmung des Ankers im Starterrelais 13 und die Geschwindigkeit des Ankers und somit die Geschwindigkeit des 30 Starterritzels 8.

Die Erfassungseinrichtung 20 ist mit einem Mikrocomputer 14 mit einem Programmspeicher 15 verbunden und wertet die Messergebnisse zur Ermittlung der Ansteuerparameter aus, um die Leistungsschalter 17, 18 zum richtigen und ge- 35 wünschten Zeitpunkt zu bestromen. Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerische Darstellungen für die Erfindung als Wesentlich verwiesen.

Die Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm, einer besonderen Start-Stopp-Betriebs- 5 Strategie, bei der das erfindungsgemäße Verfahren mit der erfindungsgemäßen

Steuerung 5 zum Einsatz kommt.

In einem ersten Schritt S1 wird die Brennkraftmaschine aufgrund bestimmten, definierten Start-Stopp-Bedingungen ausgeschaltet, etwa weil ein Drehmoment L 0 vom Fahrer für eine bestimmte Zeit z. B. länger als vier Sekunden nicht mehr gefordert wird, und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs Null oder Richtung Null stark tendiert ist.

In einem folgenden zweiten Schritt S2, der bevorzugt aber nicht zwingend der L 5 Nächstfolgende sein muss, sondern im Ablauf auch etwas später erfolgen kann, wird gemäß einem noch zu beschreibenden Verfahren mindestens ein Betriebsparameter der Einspurvorrichtung, bevorzugt die Temperatur der Einspurvorrichtung 6, erfasst. Die Erfassung der Temperatur erfolgt durch den Einsatz des Starterrelais 13 als Sensor. Die Temperatur wird aus Messwerten von dem Sensor 10 abgeleitet.

In einem dritten Schritt S3 wird beispielsweise die Ritzelposition als weiterer Betriebsparameter durch Auswertung der kurzzeitig bestromten Einspurvorrichtung 6 erfasst. Die Ritzelposition ist durch die Position des Ankers definiert.

>5

In einem vierten Schritt S4 wird ein Zeitpunkt bestimmt, bei dem die Umfangsgeschwindigkeit vom Zahnkranz 10, der auslaufenden Brennkraftmaschine 2 mit der Umfangsgeschwindigkeit vom Starterritzel 8 im wesentlichen synchron sein wird, so dass das Starterritzel 8 möglichst geräuschlos und verschleißarm zum

30 im voraus bezeichneten Zeitpunkt eingespurt wird.

In einem fünften Schritt S5 wird der Startermotor 11 beschleunigt.

In einem sechsten Schritt S6 wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine 2 und 35 des Startermotors 1 1 kontinuierlich gemessen. Dabei wird überprüft, ob der Ein- spurzeitpunkt eingehalten wird oder Ansteuerparameter bzw. der Einspurzeitpunkt korrigiert werden müssen.

In einem siebten Schritt S7 wird die Einspurvorrichtung 13 mit mindestens einen 5 Ansteuerparameter, bevorzugt zwei Ansteuerparameter entsprechend der ausgewerteten Werte von mindestens einem Betriebsparameter angesteuert, so dass Zahnflanken des Starterritzels 8 mit den Zahnflanken des Zahnkranzes 10 zum gewünschten und exakten Zeitpunkt zusammentreffen, in dem die Umfangsgeschwindigkeiten im wesentlichen synchron sind. Die Kontrolle erfolgt L O durch Messen der Ströme bzw. Spannung vom Starterrelais 13.

Weichen die Ist-Werte von vorgegeben Soll-Werten ab, so werden die gemessenen Werte ausgewertet und entsprechend als Selbstlernfunktion in einem Schritt S9 werden Werte von mindestens einen Ansteuerparameter in der Relation zu L 5 Werten von mindestens einem Betriebsparameter korrigiert. Somit ist die kontinuierliche Selbstlernfunktion sowie eine Anlernfunktion realisiert.

In einem Schritt S10 wird die Maschine 2 durch Bestromen des Startermotors 11 mit einem eingespurten Starterritzel 8 in den Zahnkranz 10 gestartet. Der Schritt ? 0 S10 wird erst ausgeführt, wenn vom Fahrer eine Drehmomentanforderung an die

Motorsteuerung 3 abgegeben wird, weil beispielsweise ein Anfahrwunsch vorliegt. Dadurch, dass das Starterritzel 8 bereits in den Zahnkranz 10 eingespurt ist, ist die Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine zeitlich erhöht und der Anfahrwunsch kann schneller umgesetzt werden.

Die Fig. 3 zeigt ein Zeit-Weg-Diagramm mit zwei Kennlinien. Eine erste Kennlinie T1 zeigt bei Bestromung der Einspurwicklung 22 wie schnell das Starterritzel 8 sich im Einspurvorgang bewegt. Die Kennlinie T1 ist beispielsweise bei einer Temperatur von 25°C aufgenommen. Nach circa 30 ms erfolgt ein erstes An-

30 sprechverhalten, so dass nach circa 25 ms ein Einspurweg vom Starterritzel 8 über 5 mm zurückgelegt wird. Eine Kennlinie T2 ist bei einer Temperatur vom Starterrelais 13 bei ungefähr circa 115°C aufgezeichnet. Das Ansprechverhalten ist, wie aus Fig. 3 zu sehen, deutlich verzögert. Außerdem ist die Einspurgeschwindigkeit gegenüber der Kennlinie T1 verlangsamt. Das Starterrelais 13

35 spricht erst bei circa 43 ms an und benötigt für den Schubweg von circa 5 mm circa 35 ms. Je nach Temperatur muss also die Einspurwicklung 22 entspre- chend früher, also um mindestens circa 25 ms beispielsweise bei einer Temperatur von 1 15° C gegenüber einer Temperatur von 25° C bestromt werden, oder mit einer höheren Ansteuerleistung beaufschlagt werden, so dass das Starterritzel 8 zur gewünschten Zeit auf die Zahnflanken des auslaufenden Zahnkranzes 10 5 trifft.

Gemäß einem ersten bevorzugten einfachen Verfahren, wird die Dauer t zum Einspuren des Starterritzels 8 durch eine Funktion f in Abhängigkeit der Temperatur T vom Starterrelais 13 bestimmt. Die Dauer t ist die Dauer bis das Starter- L O ritzel 8 den Zahnkranz 10 erreicht. Die Fig. 3 zeigt somit als Kennlinien t = f(T).

Alternativ kann die Dauer t durch einen von der Temperatur T des Starterrelais 13 abhängigen Wert durch Addition, Multiplikation oder Potenzieren korrigiert werden. Die Funktion lautet somit t = t ₀ + f(T) oder t = t ₀ • f(T) oder t = t _o ^f(T) . Bei

L 5 diesen Verfahren wird davon ausgegangen, dass die weiteren Einflussgrößen von verschiedenen Betriebsparametern gegenüber der Temperatur vom Starterrelais 8 vernachlässigt oder von dem hier beschriebenen Verfahren überlagert werden. Es wird also bei dem Verfahren gemäß Fig. 3 davon ausgegangen, dass der Abstand vom Starterritzel zum Zahnkranz 10, das heißt der Schubweg, gleich

? 0 bleibt. Aufgrund von Verschleiß und Alterungserscheinungen kann sich der

Schubweg beziehungsweise der Ritzel-Zahnkranz-Abstand minimal verändern, was insgesamt zur Ansteuerung wichtig sein könnte, aber gemäß den einfachen Verfahren vernachlässigt wird. Durch eine Lernfunktion können hier die Kennlinien entsprechend verschoben werden und neu abgespeichert werden.

Die Fig. 4 zeigt ein Kennlinien-Diagramm von der Dauer t, also bis das Starterritzel 8 den Zahnkranz 10 erreicht, über der Temperatur T vom Starterrelais 13. Gemäß der Fig.4 wird von einer Referenzkennlinie RK ausgegangen. Diese Kennlinie RK wird abhängig von einem weiteren Betriebsparameterwert parallel

30 verschoben, entweder nach oben zur gestrichelt dargestellten Kennlinie RK ₁ oder nach unten zur gestrichelt dargestellten Kennlinie RK ₂ . Der weitere Betriebsparameterwert ist beispielsweise der aktuelle Zahnkranz-Ritzel-Abstand I oder der Schubweg S des Ankers. Der Schubweg S des Ankers unterscheidet sich vom Zahnkranz-Ritzel-Abstand durch ein definiertes Spiel im Starterrelais 13. Bei-

35 spielsweise ist bei der Kennlinie RK ₁ der Zahnkranz-Ritzel-Abstand I vergrößert und bei der Kennlinie RK ₂ verkleinert. Somit wird bei einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren die Position p des Starterritzels oder die Geschwindigkeit v des Starterritzels 8 nach einer bestimmten Zeit und bei einer bestimmten Temperatur durch eine Referenzkennlinie RK 5 beschrieben: p = f(t, T) oder v = f(t, T). Es ist jedoch auch eine Überlagerung mit weiteren Effekten möglich. Gemäß diesem Verfahren wird der aktuelle Zustand des Starterritzels 8, das heißt die Position und die Geschwindigkeit bestimmt und ist Grundlage für eine Ansteuerung des Starterrelais 13 für die Ritzelbewegung.

L O Eine Verbesserung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch möglich, wenn weitere Messgrößen und Betriebsparameter in das Kennfeld eingehen. Vorzugsweise wird die aktuelle Position des Starterritzels 8 aus einer Messung mittels der Erfassungseinrichtung 20 und einer Auswertung in der Steuerung 5 der induzierten Spannung in der Schaltwicklung 23 erfasst. Daraus

L 5 kann die Ritzelgeschwindigkeit abgeleitet werden. Ferner kann der aktuelle

Strom in der Einspurwicklung 22 vom Starterrelais 13 angepasst werden. Außerdem kann der tatsächliche Schubweg, den der Anker vom Starterrelais 13 zurücklegen muss, bevor sich das Ritzel in Bewegung setzt, zusätzlich mit einfließen. Zur Berücksichtigung dieser weiteren Messgrößen und Betriebsparameter

? 0 sind die Kennfelder um weitere Dimensionen zu denen gemäß der Fig. 3 und 4 erweitert. Vorzugsweise, um einen erhöhten Speicherplatzbedarf einzusparen, sind für eine Dimension zum Teil nur zwei Stützstellen ausreichend um ein erfindungsgemäßes Kennfeld aufzuspannen.

>5 Zur Ausführung der zu Fig. 2, 3 und 4 beschriebenen Verfahren werden die

Kennlinien und Kennfelder fahrzeugtypspezifisch ermittelt und abgespeichert.

Zum Anlernen der Daten für die Kennlinien und Kennfelder wird die induzierte Spannung in der Schaltwicklung bei einer Bewegung des Starterritzels hinsicht-

30 lieh der Position des Starterritzels, der Geschwindigkeit und bei Erreichen einer

Zahn auf Zahn-Stellung hinsichtlich der Verzögerung vom Starterritzel ausgewertet. Somit ist es möglich die Kennlinien und Kennfelder zu jedem eingestellten Arbeitspunkt zu korrigieren und mit neuen Daten abzuspeichern. Um die einzelnen Daten zu verifizieren und zu sichern ist es bevorzugt vorgesehen, den Ein-

35 spurvorgang zumindest zum Anlernen mehrfach auszuführen, so dass die entsprechenden Messfehler vermieden werden und abhängig von der Auftretens- wahrscheinlichkeit zuständige Daten der Kennlinien und Kennfelder korrigiert werden. Das Verfahren wird also wohl vor der Auslieferung im Werk oder bei einem Wartungsbetrieb angewendet oder auch im laufenden Verfahren über die Lebensdauer des Fahrzeugs.

5

Die Fig. 5 zeigt die Signalverläufe der angelegten Spannung mit der Kennlinie U 10, vom Strom 110 dem Weg R8 vom Starterritzel 8, der induzierten Spannung mit U11 und einen Bewegungsweg A vom Anker im Starterrelais 13 jeweils mit einem Index -1 für eine kurze Spurbewegung und -Max für einen Einspurvor-

L O gang. Diese Signalverläufe sind lediglich beispielhaft dargestellt, um zu zeigen, dass die Anker- bzw. Ritzelposition und Geschwindigkeit durch Induktionsmessung in der Startvorrichtung detektier- und auswertbar ist. Aus diese Signalverläufen kann eine Selbstlernfunktion geschaffen werden durch eine spezielle Auswertung der Signalverläufe.

L 5

Gemäß einem weiter bevorzugten fünften Verfahren, um den Aufwand von Kennfeldern, wie in den Verfahren 1 bis 4 beschrieben, zu vermeiden sowie um hohe Kosten bei einer Erlangung von zuverlässigen Messgrößen und auch eine automatische Applikation von Kennlinien und Kennfeldern gemäß dem oben be-

? 0 schriebenen vierten Verfahren zu eliminieren, ist gemäß einem bevorzugten fünften Verfahren ein physikalisches Modell in Bezug auf die Temperatur in der Steuerung hinterlegt. Relevante Auswirkungen, wie die Dynamik des Vorschiebens, die Temperaturabhängigkeit und gegebenenfalls die Alterung werden vom physikalischen Modell beschrieben. Mit Hilfe dieses Modells ist es möglich, die

15 zum aktuellen Zeitpunkt wirkenden Kräfte auf den Anker vom Starterrelais 13 zu bestimmen und durch Integration dessen Position und Geschwindigkeit zu errechnen. Um das Modell mit dem tatsächlichen Verhalten abzugleichen, sind viel weniger Messpunkte mit einer geringeren Genauigkeit erforderlich, wie es beispielsweise bei einem Verfahren mit einer Lernfunktion der Fall ist. Ein Abgleich

30 kann zum Beispiel mit Hilfe eines Kalmann-Filters ausgeführt werden.

Ein solches Modell ist vorzugsweise wie folgt aufgebaut. Die elektrischen Vorgänge werden beschrieben, in dem die Spule des Starterrelais als Reihenschaltung mit einer Induktivität L und einem ohmschen Widerstand R betrachtet wird. 35 Hierfür zeigt Fig. 6 ein Ersatzschaltbild einer Einspurwicklung 22 vom Starterrelais 13. Es gilt somit folgende Formel / =— (l - e ^R " ^L ) . Dabei ist I [A] der Strom, der

R

durch die Einspurwicklung 22 fließt, U [V] ist die Spannung, die über der Relaisspule abfällt, R ist der ohmsche Widerstand der Spule [Ω], t ist die Zeit [s] und 5 L ist die Induktivität der Spule [H].

Aus dem berechneten Strom lässt sich dann zusammen mit der Position des Ankers die auf den Relaisanker wirkende Kraft ermitteln. Es kann die einzelne Position des Starterritzels berechnet werden, wenn der Schubweg miteinbezogen L O wird.

Von der Temperatur ist in diesem Modell nur der Widerstand R abhängig. Die Änderung der Temperatur kann beschrieben werden durch:

L 5 REmspurwicklung 22 (T) = REmspurwicklung 22 (To)• (1 +0CTc _u (T-To)).

REmspurwιckiung22 ist der ohmsche Widerstand der Einspurwicklung, T ist die Temperatur, bei der der ohmsche Widerstand bestimmt werden soll [K ] und T ₀ ist die Temperatur bei der der ohmsche Widerstand bekannt ist [K], αT _Cu ist der Koeffi- ? 0 zient von Kupfer [ K ^"1 ]. Es werden mechanische Vorgänge auch beschrieben. Die wesentlichen mechanischen Änderungen der Einspurvorrichtung 6 sind die Änderung der Reibung, die Längenausdehnung sowie die Änderung des Verhaltens der Federn.

>5 Die Längenausdehnung kann relativ leicht beschrieben werden durch

/(T) = /(T ₀ )• (1 +α /(T-T ₀ )). / ist die Ausdehnung des betrachteten Materials in einer Dimension [m], T ist die Temperatur, bei der die Ausdehnung bestimmt werden soll [K], T ₀ ist die Temperatur, bei der die Ausdehnung bekannt ist [K], α / ist der Ausdehnungskoeffizient [m/K].

30

Gemäß einem weiter bevorzugten sechsten Verfahren wird der Strom der Einspurwicklung 22 geregelt. Somit wird der Temperatureinfluss auf die Dynamik des Starterrelais durch Änderung des elektrischen Widerstands in der Einspurwicklung vollständig eliminiert. Die Kraft der Relaisspule hängt im wesentlichen von der Position des Ankers und dem Strom durch die Einspurwicklung ab. Somit ist die Dynamik vom Starterrelais abhängig von der Temperatur.

Durch eine gezielte Regelung des Stroms der Einspurwicklung, der in der Regel von der Versorgungsbatterie vorgegeben ist, lässt sich somit der Temperaturein- fluss eliminieren, so dass das Starterritzel im wesentlichen immer die gleiche Einspurdauer erfährt. Anstatt der Ansteuerung der Position des Starterritzels wird also der Ritzel-Zahnkranzabstand geregelt. In der Regelung wird dafür gesorgt, dass die Position des Starterritzels nicht nur exakt erreicht wird, sondern auch mit der richtigen Geschwindigkeit angefahren und eingespurt wird.