DE10023509A1

DE10023509A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Regeln eines von einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Generators

Info

Publication number: DE10023509A1
Application number: DE2000123509
Authority: DE
Inventors: Norbert Wolf
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2000-05-13
Filing date: 2000-05-13
Publication date: 2001-08-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Regler (10) eines in einem Kraftfahrzeug von einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Generators (22), wobei in dem Regler (10) ein mit einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine korreliertes Signal (12) als Regelgröße verwendbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Regelung einer Leistung eines in einem Kraftfahrzeug von einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Generators, wobei ein mit einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine korreliertes Signal (12) als Regelgröße der Leistung des Generators (22) verwendet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung eines Gene rators in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein entsprechendes Verfahren zur Regelung eines Generators in ei nem Kraftfahrzeug.

Eine gattungsgemäße Regelungsvorrichtung ist aus der DE 44 30 670 A1 und der DE 195 23 302 A1 bekannt. (n der DE 44 30 670 A1 ist die Leistung eines Generators abhängig vom Ladezustand der Fahrzeugbatterie und der kinetischen Energie des Kraftfahrzeuges regelbar. Diese Vorrichtung dient insbesondere zur Regelung einer Erzeugung elektrischer Energie beim Bremsen eines Fahrzeugs. Darüber hinaus ermöglicht diese Vorrichtung das Anlegen eines Drehmoments zur Unterstützung einer Verbren nungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs.

Generell besteht bei niedrigen Drehzahlen bei einer bezogen auf den Be triebszustand der Verbrennungskraftmaschine hohen Last die Gefahr des Absterbens der Verbrennungskraftmaschine. Der Begriff Last bezeichnet in der vorliegenden Anmeldung die Leistung, welche die Verbren nungskraftmaschine aufbringen muss. Das Absterben kann zu einer Ver kehrsbehinderung oder gar Verkehrsgefährdung führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, dass mit einfachen Mitteln erreicht wird, die Gefahr des Absterbens der Verbrennungskraftmaschine zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre von Patentanspruch 1 gelöst.

Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre von Patentanspruch 11 gelöst.

Die Erfindung basiert auf der Idee, dass die Gefahr des Absterbens der Verbrennungskraftmaschine durch eine Absenkung der Last der Verbren nungskraftmaschine, erreichbar durch eine Absenkung einer Ausgangs leistung eines Generators, reduziert werden kann. Bei der erfindungsgemä ßen Lösung ist im Regler für den Generator ein mit der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine korreliertes Signal als Regelgröße verwendbar. Das hat den Vorteil, dass auf einfache Weise in dem Regler ein für die meisten Betriebszustände brauchbarer Indikator für die Last der Verbren nungskraftmaschine verarbeitet werden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Regler derart betreibbar, dass bei Verlassen eines vorgebbaren Bereichs der Regelgröße die Leistung des Generators absenkbar ist. Hohe Drehzahlen treten im all gemeinen bei Beschleunigungsvorgängen, Bergfahrten und im Höchstge schwindigkeitsbereich, also bei hoher Last der Verbrennungskraftmaschine auf. Bei niedrigen Drehzahlen besteht die Gefahr, dass die Verbren nungskraftmaschine abstirbt. Es ist daher vorteilhaft, wenn die Ausgangs leistung des Generators, bei Verlassen eines vorgebbaren Bereichs der Re gelgröße, also bei hohen und niedrigen Drehzahlen, absenkbar ist. Bei ho hen Drehzahlen besteht zwar nicht die Gefahr des Absterbens der Verbren nungskraftmaschine, eine Absenkung der Ausgangsleistung des Generators hat aber den Vorteil, dass ein höherer Anteil der Leistung der Verbren nungskraftmaschine für den Antrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung steht.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Regler derart betreibbar, dass die Ausgangsleistung des Generators bei einer eine Unterschreitung einer Leer laufdrehzahl anzeigenden Regelgröße absenkbar ist. Dies ist günstig, da die Gefahr des Absterbens besonders bei Drehzahlen unterhalb der Leerlauf drehzahl besteht. Zudem ist der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine un terhalb der Leerlaufdrehzahl verschleißfördernd. Durch die Absenkung der Ausgangsleistung des Generators, die zu einer Absenkung der Last der Verbrennungskraftmaschine führt, ist eine Erhöhung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine erreichbar.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Regler derart betreibbar ist, dass bei Verlassen eines vorgebbaren Bereichs einer Änderung der Regelgröße bezogen auf ein Zeitintervall die Ausgangs leistung des Generators absenkbar ist. Das hat den Vorteil, dass bei einem schnellen Drehzahlanstieg, der für Beschleunigungsvorgänge typisch ist, die Ausgangsleistung des Generators absenkbar ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in dem Regler ein mit einer Fahrzeugbatteriespannung und/oder einer Bordnetz spannung korreliertes Signal als Regelgröße verwendbar ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Regler derart betreibbar ist, dass bei einer eine Unterschreitung eines vorgegebenen Sollwerts für die Fahrzeugbatteriespan nung und/oder Bordnetzspannung anzeigenden Regelgrößen/Regelgröße die Ausgangsleistung des Generators nicht absenkbar ist. Das hat den Vorteil, dass eine unzulässige Entladung der Fahrzeugbatterie und/oder ein Abfallen der Bordnetzspannung, mit der möglichen Folge, dass die Fahrzeugbatterie ei nen bleibenden Schaden erleidet und/oder dass Verbraucher im Kraftfahrzeug nur unzureichend versorgt werden, vermeidbar ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in dem Regler ein aus einem Motorsteuergerät ausgekoppeltes, mit einer Last der Verbrennungskraftmaschine korreliertes Signal als Regelgröße verwendbar ist. Das hat den Vorteil, dass die tatsächliche Last verwendbar ist und nicht eine aus der Drehzahl ermittelte. Eine hohe Drehzahl beispielsweise bei einer Berg abfahrt könnte als hohe Last der Verbrennungskraftmaschine fehlgedeutet werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Regler derart betreibbar ist, dass bei einer eine Last, die höher als ein vorgegebener Grenz wert ist, anzeigenden Regelgröße die Ausgangsleistung des Generators ab senkbar ist. Das hat den Vorteil, dass bei hoher Last der Verbrennungskraft maschine für den Antrieb des Kraftfahrzeugs eine geringere Last für den An trieb des Generators benötigt wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Regler derart betreibbar ist, dass bei Absenkung der Ausgangsleistung des Generators un ter einen vorgegebenen Schwellwert eine Zusatzbatterie zur mindestens teil weisen Versorgung eines Bordnetzes zuschaltbar ist. Das hat den Vorteil, dass die elektrischen Verbraucher im Kraftfahrzeug auch bei abgesenkter Ausgangsleistung des Generators ausreichend versorgt werden können ohne die Fahrzeugbatterie zu entladen. Als Zusatzbatterie ist vorzugsweise eine Batterie einzusetzen, die nur auf die Abgabe einer ausreichenden Leistung hin ausgelegt ist, während gewöhnliche Fahrzeugbatterien Eigenschaften wie Langzeitspeicherfähigkeit vorweisen müssen, aber nicht optimal dafür ausge legt sind, den Stromverbrauch des Kraftfahrzeugs bei laufender Verbren nungskraftmaschine zu decken.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Regler derart betreibbar ist, dass die Ausgangsleistung des Generators durch eine Ände rung eines Erregungsstroms des Generators absenkbar ist. Dies ist vorteilhaft, da bei Reglern nach dem Stand der Technik zum Erreichen einer konstanten Ausgangsspannung des Generators bei unterschiedlichen Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine der Erregungsstrom geändert wird und folglich keine zusätzlichen Einbauten notwendig sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrie ben.

Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform eines erfin dungsgemäßen Reglers, bei dem die Drehzahl der Verbrennungskraft maschine, sowie die Spannungen von Fahrzeugbatterie und Bordnetz verarbeitbar sind, wobei neben der Regelung des Generators auch eine Zusatzbatterie zuschaltbar ist;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm für eine erfindungsgemäße Steuerung der Aus gangsleistung eines Generators.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Regelung der Ausgangsleistung eines Generators 22 in einem Kraftfahrzeug, wobei nur erfindungsrelevante Komponenten dargestellt sind. Dabei weist ein Regler 10 einen Eingang 12 für ein mit der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine korreliertes Signal aus einem Motorsteuergerät auf, das, wie weiter unten beschrieben, im Regler 10 verarbeitet wird. Zudem ist ein Eingang 14 für ein mit der Bordnetzspannung und ein Eingang 16 für ein mit einer Fahrzeugbatteriespannung korreliertes Signal vorhanden, die ebenso im Regler 10 verarbeitet werden. Der Regler umfasst eine Steuereinrichtung 18 zur Steuerung des Erregungsstroms I_E des Generators 22, der über eine Erregungsstromleitung 20 zum Generator 22 fließt. Eine Zusatzbatterie 24 ist bei abgesenkter Ausgangsleistung des Gene rators 22 zur Versorgung der Verbraucher zuschaltbar. Die Zusatzbatterie 24 ist auf eine hohe Leistungsabgabe optimiert. Diese hohe Leistungsabgabe kann notwendig sein, wenn während des Betriebs der Verbrennungs kraftmaschine die Ausgangsleistung des Generators 22 abgesenkt wird. Eine derartige Leistungsabgabe tritt bei einer normalen Fahrzeugbatterie allenfalls kurz beim Starten der Verbrennungskraftmaschine auf, da der Stromverbrauch im Kraftfahrzeug beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gewöhnlich vom Generator 22 gedeckt wird. Daher sind normale Fahrzeugbatterien darauf nicht optimal ausgelegt. Da allerdings die Ausgangsleistung des Generators 22 gewöhnlich nur kurzfristig abgesenkt wird, ist der Regler 10 jedoch auch ohne Zusatzbatterie 24 vorteilhaft einsetzbar.

Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm für die Regelung der Ausgangsleistung des Generators. Die Bezugszahlen von Fig. 1 sind weiter gültig. In einem Schritt 26 wird geprüft, ob das mit der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine korre lierte Signal eine Drehzahl anzeigt, die niedriger als die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine oder die höher als eine vorgegebene Grenzdreh zahl der Verbrennungskraftmaschine ist. Bei Bejahung ist eine Senkung der Ausgangsleistung des Generators 22, wie in einem Schritt 34 vorgesehen, an zustreben, da hohe Drehzahlen, die etwa bei Beschleunigungsvorgängen, Fahrten im Höchstgeschwindigkeitsbereich und Bergfahrten auftreten als Indi kator für eine hohe Last anzusehen sind. Bei einer Drehzahl unter der Leer laufdrehzahl besteht die Gefahr des Absterbens der Verbrennungskraftma schine, die durch ein Senken der Last reduziert werden kann, auch wenn eine Drehzahl unter der Leerlaufdrehzahl nicht als Indikator für eine absolut hohe Last angesehen werden kann. Eine Unterschreitung der Leerlaufdrehzahl zeigt aber an, dass die Last bezogen auf den momentanen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine zu hoch ist. Bei einer Drehzahl über der vorgege benen Grenzdrehzahl oder unter der Leerlaufdrehzahl wird mit der Auswer tung der mit der Fahrzeugbatterie- und der Bordnetzspannung korrelierten Signale 16, 14 fortgefahren, die bei der Beschreibung der Schritte 30 und 32 näher dargelegt wird.

Andernfalls wird in einem Schritt 28 die Änderung des mit der Drehzahl korre lierten Signals bezogen auf ein Zeitintervall ausgewertet. Zeigt diese Änderung einen Anstieg der Drehzahl, der für einen Beschleunigungsvorgang typisch ist, beispielsweise eine schnelle Zunahme der Drehzahl in einem vorgegebenen Zeitintervall, wird in den Schritten 30 und 32 mit der Auswertung der mit der Fahrzeugbatterie- und der Bordnetzspannung korrelierten Signale 16, 14 fort gefahren. Bei einer Drehzahl zwischen den vorgegebenen Grenzen wird mit dem Schritt 26 fortgefahren.

Ein Absenken der Ausgangsleistung des Generators 22, wie in Schritt 34 vor gesehen, ist zu vermeiden, wenn die Bordnetzspannung zu niedrig ist, um ei ne unzureichende Versorgung der elektrischen Verbraucher zu verhindern. Dazu wird in einem Schritt 30 ein mit der Bordnetzspannung korreliertes Sig nal 14 ausgewertet. Dabei wird geprüft, ob die Bordnetzspannung unter einem vorgegebenen Sollwert liegt. In diesem Fall wird die Absenkung der Aus gangsleistung des Generators 22, wie in Schritt 34 vorgesehen, unterbunden, um eine unzureichende Versorgung der elektrischen Verbraucher zu verhin dern. Anschließend wird mit dem Schritt 26 fortgefahren.

Liegt die Bordnetzspannung nicht unter dem Sollwert, wird ein mit der Fahr zeugbatteriespannung korreliertes Signal 16 ausgewertet, um festzustellen, ob die Fahrzeugbatteriespannung unter einem vorgegebenen Sollwert liegt, Schritt 32. Wenn die Fahrzeugbatteriespannung über dem vorgegebenen Sollwert liegt, wird die Ausgangsleistung des Generators 22 gesenkt, Schritt 34. Die Senkung der Ausgangsleistung des Generators 22 erfolgt durch eine Änderung des Erregungsstroms I_E. Es ist prinzipiell möglich, jede Ausgangs leistung des Generators 22 zwischen der erzielbaren Maximalleistung und Null anzusteuern. Liegt die tatsächliche Ausgangsleistung des Generators 22 über der gewünschten Leistung, ist der Erregungsstrom I_E zu senken, anderenfalls zu erhöhen. Der Erregungsstrom I_E wird beispielsweise durch eine Änderung des Tastverhältnisses beeinflusst, wie im Stand der Technik üblich. Es bietet sich aber an, den Erregungsstrom I_E und damit den Generator 22 völlig auszu schalten, da im normalen Betrieb hohe Lasten nur kurzfristig auftreten Eine Entladung der Fahrzeugbatterie und eine unzureichende Versorgung der elektrischen Verbraucher wird durch die Kontrolle von Fahrzeugbatteriespan nung, Schritt 32, und Bordnetzspannung, Schritt 30, zuverlässig verhindert, da gleichzeitig mit der Absenkung der Ausgangsleistung im Schritt 34 mit dem Schritt 26 fortgefahren wird. Die Absenkung der Ausgangsleistung des Gene rators 22 bleibt nur bestehen, wenn in einer festgelegten Zeitspanne die Durchführung der einzelnen Prüfungsschritte 26, 28, 30, 32 die Absenkung der Ausgangsleistung, Schritt 34, erneut zur Folge hat.

Ist eine Zusatzbatterie 24 vorhanden, wird gleichzeitig mit dem Absenken der Ausgangsleistung des Generators 22 im Schritt 34 in einem Schritt 36 die Zu satzbatterie 24 zugeschaltet. Dies hat den Vorteil, dass bei ausreichender La dung der Zusatzbatterie 24 auch bei schwach geladener Fahrzeugbatterie ei ne Absenkung der Ausgangsleistung des Generators 22 erfolgen kann, ohne daß die Spannung des Bordnetzes und der Fahrzeugbatterie unter den jewei ligen Sollwert abfällt. Die im Schritt 36 erfolgte Zuschaltung der Zusatzbatterie 24 bleibt nur bestehen, wenn in einer festgelegten Zeitspanne die Durchfüh rung der einzelnen Prüfungsschritte 26, 28, 30, 32 die Absenkung der Aus gangsleistung, Schritt 34, verbunden mit der Zuschaltung der Zusatzbatterie 24, Schritt 36, erneut zur Folge hat.

Claims

1. Regler (10) eines in einem Kraftfahrzeug von einer Verbrennungskraft maschine angetriebenen Generators (22), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Regler (10) ein mit einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschi ne korreliertes Signal (12) als Regelgröße verwendbar ist.

2. Regler (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (10) in Abhängigkeit der Regelgröße derart betreibbar ist, dass bei Ver lassen eines vorgebbaren Bereichs der Regelgröße die Ausgangsleistung des Generators (22) absenkbar ist.

3. Regler (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (10) in Abhängigkeit der Regelgröße derart betreibbar ist, dass bei einer eine Unterschreitung einer Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftma schine anzeigenden Regelgröße die Ausgangsleistung des Generators (22) absenkbar ist.

4. Regler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (10) in Abhängigkeit der Regelgröße derart betreibbar ist, dass bei Verlassen eines vorgebbaren Bereichs einer Änderung der Re gelgröße bezogen auf ein Zeitintervall die Ausgangsleistung des Gene rators absenkbar ist.

5. Regler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Regler (10) ein mit einer Batteriespannung und/oder einer Bordnetzspannung korreliertes Signal als Regelgröße verwendbar sind/ist.

6. Regler (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (10) in Abhängigkeit der Regelgrößen/Regelgröße derart betreibbar ist, dass bei einer eine Unterschreitung eines vorgegebenen Sollwerts für die Batteriespannung und/oder Bordnetzspannung anzeigenden Regelgrö ßen/Regelgröße die Ausgangsleistung des Generators (22) nicht absenkbar ist.

7. Regler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Regler (10) ein aus einem Motorsteuergerät ausgekoppeltes, mit einer Last der Verbrennungskraftmaschine korreliertes Signal als Re gelgröße verwendbar ist.

8. Regler (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (10) in Abhängigkeit der Regelgröße derart betreibbar ist, dass bei einer eine Last, die höher als ein vorgegebener Grenzwert ist, anzeigenden Regelgröße die Ausgangsleistung des Generators (22) absenkbar ist.

9. Regler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (10) derart betreibbar ist, dass bei Absenkung der Aus gangsleistung des Generators (22) unter einen vorgegebenen Schwellwert eine Zusatzbatterie (24) zur mindestens teilweisen Versorgung eines Bord netzes zuschaltbar ist.

10. Regler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (10) derart betreibbar ist, dass die Ausgangsleistung des Generators (22) durch eine Änderung eines Erregungsstroms des Gene rators (22) absenkbar ist.

11. Verfahren zur Regelung einer Leistung eines in einem Kraftfahrzeug von einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Generators, dadurch ge kennzeichnet, dass ein mit einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine korreliertes Signal (12) als Regelgröße der Leistung des Generators (22) verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verlas sen eines vorgebbaren Bereichs der Regelgröße die Ausgangsleistung des Generators (22) gesenkt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer eine Unterschreitung einer Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine anzeigenden Regelgröße die Ausgangsleistung des Generators (22) abge senkt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verlassen eines vorgebbaren Bereichs einer Änderung der Regel größe bezogen auf ein Zeitintervall die Ausgangsleistung des Generators (22) gesenkt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einer Fahrzeugbatteriespannung und/oder einer Bordnetz spannung korrelierte/korreliertes Signale/Signal (16, 14) als Regelgrö ßen/Regelgröße verwendet werden/wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer eine Unterschreitung eines vorgegebenen Sollwerts für die Batteriespannung und/oder Bordnetzspannung anzeigenden Regelgrößen/Regelgröße die Ausgangsleistung des Generators (22) abgesenkt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einem Motorsteuergerät ausgekoppeltes, mit einer Last der Verbrennungskraftmaschine korreliertes Signal als Regelgröße verwendet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer eine Last, die höher als ein vorgegebener Grenzwert ist, anzeigenden Regelgrö ße die Ausgangsleistung des Generators (22) abgesenkt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei Absenkung der Ausgangsleistung des Generators (22) unter ei nen vorgegebenen Schwellwert eine Zusatzbatterie (24) zur mindestens teilweisen Versorgung eines Bordnetzes zugeschaltet wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsleistung des Generators (22) durch eine Änderung ei nes Erregungsstroms des Generators (22) abgesenkt wird.