-
Querverweis auf eine verwandte
Anmeldung
-
Die
vorliegende Anmeldung bezieht sich auf die
japanische Patentanmeldung Nr. 2007-209358 , die
am 10. August 2007 angemeldet wurde und deren Inhalte hier durch
Bezugnahme mit einbezogen werden.
-
Hintergrund der Erfindung
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern der
in einem Fahrzeug erzeugten Leistung, und spezieller eine Vorrichtung,
welche die Ausgangsspannung von einem Leistungsgenerator steuert,
der in Fahrzeugen, wie beispielsweise einem Passagierfahrzeug und
einem Lastkraftwagen montiert ist.
-
2. Beschreibung des Standes
der Technik
-
Bei
einem Fahrzeug tritt das Abwürgen einer Maschine oder tritt
eine Vibration auf, wenn eine elektrische Last, die in dem Fahrzeug
montiert ist, plötzlich anwächst, so daß ein
plötzlicher Anstieg des erzeugten Stroms verursacht wird,
so daß dadurch das Drehmoment des Leistungsgenerators erhöht wird.
-
Um
dieses Problem zu verhindern, offenbart die offengelegte
japanische Patentveröffentlichung Nr.
2006-121869 eine Leistungsgenerierungs-Steuervorrichtung,
die eine sogenannte allmähliche Erregungs-Steuerfunktion
aufweist. Die allmähliche Erregungs-Steuerfunktion unterdrückt
eine erhöhte Rate eines Erregerstroms auf einen vorbestimmten
Wert oder unterhalb desselben.
-
Um
die allmähliche Erregungs-Steuerfunktion zu erreichen,
wird die Erregung einer Tastverhältnissteuerung unterzogen.
Ein Mittelwert eines Antriebs-Tastverhältnisses (im Folgenden
als „FDUTY" bezeichnet) einer Erregungs-Steuerschaltung
muß berechnet werden und dann als ein Wert der allmählichen
Erregung gespeichert werden (im Folgenden als „gespeichertes
Tastverhältnis" bezeichnet). Das FDUTY muß gesteuert
oder geregelt werden, so daß das FDUTY das gespeicherte
Tastverhältnis nicht überschreitet. In diesem
Fall wird die maximale Anwachsrate des Erregerstroms durch die Zunahmerate
des gespeicherten Tastverhältnisses bestimmt. Bei der oben
beschriebenen herkömmlichen Leistungsgenerierungs-Steuervorrichtung
wird die maximale Zunahmerate des Erregerstroms abhängig
vom Status des Fahrzeugs geändert, und die Zunahmerate der
Stromerzeugung wird auf einen optimalen Wert eingestellt, wenn die
elektrische Last auftritt oder aufgebracht wird.
-
Bei
der in der offengelegten
japanischen
Patentveröffentlichung Nr. 2006-121869 offenbarten Leistungsgenerierungs-Steuervorrichtung
kann die maximale Zunahmerate des Erregerstroms geändert werden.
Jedoch ist die Abnahmerate des gespeicherten Tastverhältnisses
(DUTY) konstant. Bei einem aktuellen Fahrzeug treten eine stockende
Drehung auf, die durch Störungen verursacht wird, und es
treten auch Schwankungen in einer relativ kleinen, periodisch betriebenen
elektrischen Last während des Leerlaufs auf. Wenn daher
die allmähliche Erregungs-Steuerfunktion in Betrieb genommen
wird und die Abnahmerate des gespeicherten Tastverhältnisses
hoch ist, unterdrückt das gespeicherte Tastverhältnis
die Zunahme in dem FDUTY zu allen Zeitpunkten. Als ein Ergebnis
nehmen die Spannungsschwankungen zu, und zwar abhängig
von der stockenden oder unrunden Drehung und abhängig von den
Schwankungen in der elektrischen Last. Es treten umgekehrte Wirkungen,
wie beispielsweise ein Lampen-Aufleuchten und ein Dimm-Effekt ebenfalls auf.
Wenn auf der anderen Seite die Abnahmerate des gespeicherten Tastverhältnisses
niedrig ist, treten derartige Probleme nicht auf. Wenn jedoch die elektrische
Last erneut eingeführt wird, und zwar unmittelbar nachdem
ein Betrag der erzeugten Leistung abnimmt, und zwar nachdem die
elektrische Last abgetrennt wurde, ist das gespeicherte Tastverhältnis noch
nicht abgesenkt. Daher nimmt der Betrag der erzeugten elektrischen
Leistung plötzlich zu, und zwar ohne eine allmähliche Erregungs-Steueroperation.
Es ergeben sich somit Probleme in solcher Weise, daß das
Leistungsgenerator-Drehmoment stark ansteigt und die Leerlaufdrehzahl
abfallt. Auf diese Weise wird die allmähliche Erregungs-Steuerfunktion nachteilig
durch den elektrischen Lastzustand des Fahrzeugs beeinflusst (d.
h. durch die Variation eines Betrages der elektrischen Last), verursacht
durch Spannungsschwankungen und einen Drehzahlabfall.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die oben beschriebenen
Probleme zu lösen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Vorrichtung zum Steuern der in einem Fahrzeug erzeugten Leistung
zu schaffen, welche Spannungs-Fluktuationen und einen Drehzahlabfall
während der allmählichen Erregungssteuerung reduzieren
kann.
-
Um
die oben beschriebenen Probleme und Aufgabe zu lösen, steuert
die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung den Tastverhältnis-Zyklus
einer Erregerwicklung, die intermittierend mit Strom versorgt wird,
und zwar in einem Leistungsgenerator, und steuert die Ausgangsspannung
des Leistungsgenerators auf einen vorbestimmten Wert. Die Vorrichtung
enthält eine Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung, die
dann, wenn die Ausgangsspannung des Leistungsgenerators kleiner
wird als ein vorbestimmter Wert, allmählich auf einen Wert
des allmählichen Erregungs-Tastverhältnisses anwächst
und allmählich den Erregerstrom erhöht. Das allmähliche Erregungs-Tastverhältnis
bildet einen begrenzenden Wert für die Zunahme und die
Abnahme des Erregungs-Antriebstastverhältnisses bei intermittierender Steuerung
der Erregerwicklung (d. h. der Grenzwert zeigt eine maximale zulässige
Rate für die Zunahme und die Abnahme des Tastverhältnisses
der Erregerwicklung an). Wenn auf der anderen Seite die Ausgangsspannung
des Leistungsgenerators größer wird als oder gleich
wird mit dem vorbestimmten Wert, senkt die Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung
den Wert des Erregungs-Antriebstastverhältnisses ab und
senkt auch den Erregerstrom ab. Die Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung
besitzt eine Änderungseinrichtung für die Abnahmerate,
welche die Rate ändert, mit welcher der Wert des allmählichen
Erregungs- Tastverhältnisses abgesenkt wird. Als ein Ergebnis
wird die Rate, mit welcher der Wert des allmählichen Erregungs-Tastverhältnisses
abgesenkt wird, geändert, und zwar abhängig vom
Status des Fahrzeugs, wie bei der Verwendung einer elektrischen
Last. Eine optimale allmähliche Erregungssteuerung kann
immer durchgeführt werden. Die Spannungsschwankungen des
Leistungsgenerators und der Batterie und auch die Maschinendrehzahl-Reduzierung
während des Leerlaufs können dann verhindert werden.
-
Die
Vorrichtung zum Steuern des Leistungsgenerators ist in bevorzugter
Weise an dem Leistungsgenerator montiert und ändert die
Abnahmerate unter Verwendung der Änderungseinrichtung für
die Abnahmerate, basierend auf einem Signal, welches von einer externen
Steuervorrichtung gesendet wird. Als ein Ergebnis kann der Betrag
der elektrischen Last und auch der Status des Fahrzeugs in einfacher Weise
durch die allmähliche Erregungsteuerung gemanagt werden.
-
Die
zuvor beschriebene Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung besitzt
in bevorzugter Weise eine Änderungseinrichtung für
die Zunahmerate, welche die Rate ändert, in welcher das
allmähliche Erregungs-Tastverhältnis erhöht
wird. Die Vorrichtung zum Steuern der Stromerzeugung ändert
gleichzeitig die allmähliche Erregung für sowohl
die Zunahme- als auch die Abnahme-Richtung unter Verwendung der Änderungseinrichtung
für die Zunahme/Abnahme-Rate. Als ein Ergebnis können
die Eigenschaften der allmählichen Erregungs-Steuerfunktion
in signifikanter Weise verbessert werden.
-
Wenn
das Aufwärmen der Maschine in einem Fahrzeug vervollständigt
wurde und das Fahrzeug sich in einem niedrigen Leerlaufzustand befindet,
wird die Rate, mit welcher der Wert des allmählichen Erregungs-Tastverhältnisses
reduziert wird, in bevorzugter Weise durch die Änderungseinrichtung für
die Abnahmerate hoch eingestellt. Das allmähliche Erregungs-Tastverhältnis
kann auf einem niedrigen Wert gehalten werden, und zwar über
eine höhere Abnahmerate des allmählichen Erregungs-Tastverhältnisses
in einem Niedrig-Leerlaufzustand. Als ein Ergebnis kann eine Reduzierung
der Maschinendrehzahl, wenn eine elektrische Last aufgebracht wird,
verhindert werden.
-
Wenn
eine elektrische Last intermittierend verwendet wird und dies zur
Anwendung gelangt, wird die Rate, mit welcher der Wert des allmählichen Erregungs-Tastverhältnisses
abgesenkt wird, in bevorzugter Weise durch die Änderungseinrichtung
für die Abnahmerate niedrig eingestellt. Als ein Ergebnis kann
das allmähliche Erregungs-Tastverhältnis während
des intermittierenden Betriebes der elektrischen Last hoch gehalten
werden. Als ein Ergebnis werden Spannungsschwankungen während
des Betriebes der intermittierenden Last unterdrückt.
-
Wenn
eine elektrische Last abgetrennt wird, wird die Rate, mit welcher
der Wert des allmählichen Erregungs-Tastverhältnisses
abgesenkt wird, in bevorzugter Weise durch die Änderungseinrichtung
für die Abnahmerate hoch eingestellt. Als ein Ergebnis kann
der Wert des allmählichen Erregungs-Tastverhältnisses
schnell abgesenkt werden. Es kann dann die allmähliche
Erregungssteuerung, wenn die elektrische Last angewendet wird, unmittelbar
ausgeführt werden.
-
Die
Rate, mit welcher das allmähliche Erregungs-Tastverhältnis
reduziert wird, wird in bevorzugter Weise durch die Änderungseinrichtung
für die Abnahmerate geändert, und zwar abhängig
vom Typ des Leistungsgenerators. Als ein Ergebnis kann die Abnahmerate
des allmählichen Erregungs-Tastverhältnisses abhängig
von den Drehmomenteigenschaften des Leistungsgenerators eingestellt
werden und auch abhängig von den Dämpfungseigenschaften
hinsichtlich des Erregerstromes. Eine optimale allmähliche
Erregungssteuerung kann dann durchgeführt werden.
-
Die
Rate, mit welcher der Wert des allmählichen Erregungs-Tastverhältnisses
abgesenkt wird, wird in bevorzugter Weise durch die Änderungseinrichtung
für die Abnahmerate abhängig von der Maschine
des Fahrzeugs geändert. Als ein Ergebnis kann die optimale
Abnahmerate des allmählichen Erregungs-Tastverhältnisses
abhängig von den Drehmoment-Eigenschaften der Maschine
eingestellt werden, und auch abhängig von den Drehschwankungseigenschaften
in Bezug auf externe Störungen, die durch Unterschiede
in dem Trägheitsdrehmoment und ähnliches verursacht
werden. Die Maschinendrehzahlschwankungen und die Batteriespannungsschwankungen
können abhängig vom Typ der Maschine gemildert
werden.
-
Wenn
die Leerlaufdrehzahl der Maschine, die in dem Fahrzeug montiert
ist, schwankt, wird die Rate, mit welcher das allmähliche
Erregungs-Tastverhältnis reduziert wird, in bevorzugter
Weise durch die Änderungseinrichtung für die Abnahmerate
hoch eingestellt. Es können Schwankungen in dem Leistungsgenerator-Drehmoment
durch eine Erhöhung der Abnahmerate des allmählichen
Erregungs-Tastverhältnisses unterdrückt werden,
während die Leerlaufdrehzahl unstabil ist. Die Drehzahlschwankungen der
Maschine können dann unterdrückt werden.
-
Die
Rate, mit welcher der Wert des allmählichen Erregungs-Tastverhältnisses
abgesenkt wird, wird in bevorzugter Weise ungeachtet des Wertes des
allmählichen Erregungs-Tastverhältnisses eingestellt.
Als ein Ergebnis kann eine einfache Schaltungskonfiguration erreicht
werden, und es können die Kosten reduziert werden.
-
Die
oben beschriebene Rate, mit welcher der Wert des allmählichen
Erregungs-Tastverhältnisses reduziert wird, wird in bevorzugter
Weise abhängig von der Abweichung eingestellt, und zwar
zwischen dem Wert des allmählichen Erregungs-Tastverhältnisses
und dem Wert des Erregungs-Antriebs-Tastverhältnisses.
Als ein Ergebnis kann das Verhalten der Abnahme des allmählichen
Erregungs-Tastverhältnisses ähnlich gestaltet
werden wie die Dämpfungseigenschaften in Bezug auf den
aktuellen Erregungsstrom. Plötzliche Zunahmen in dem Erregerstrom,
wenn die elektrische Last abgetrennt wird, können in signifikanter
Weise unterdrückt werden.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt
ein Diagramm, welches eine Konfiguration eines Fahrzeug-Leistungsgenerierungs-Controllers
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wiedergibt;
-
2 zeigt
ein Flussdiagramm, welches die Operationen darstellt, die durch
die Vorrichtung zum Steuern der Fahrzeug-Leistungsgenerierung oder des
Fahrzeug-Leistungsgenerators ausgeführt werden;
-
3 ist
ein Flussdiagramm, welches die Operationen darstellt, die durch
eine ECU ausgeführt werden;
-
4 zeigt
ein Diagramm, welches die Betriebs-Zeitlagen angibt, wenn ein intermittierender Lastbetrieb
nicht durchgeführt wird; und
-
5 zeigt
ein Diagramm, welches die Betriebs-Zeitlagen angibt, wenn ein intermittierender Lastbetrieb
durchgeführt wird.
-
Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
-
Es
wird eine Ausführungsform eines Fahrzeug-Leistungsgenerierungs-Controllers
der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf 1 bis 5 beschrieben.
-
1 zeigt
ein Diagramm, welches eine Konfiguration eines Leistungsgenerierungs-Controllers
gemäß der vorliegenden Ausführungsform
darstellt. Eine Verbindung zwischen dem Leistungsgenerierungs-Controller
und dem Leistungsgenerator, einer Batterie und einer elektronischen
Steuereinheit (ECU) ist dabei dargestellt. Der Leistungsgenerator der
vorliegenden Ausführungsform ist in einem Fahrzeug montiert
und erzeugt die erforderliche elektrische Leistung oder Strom zum
Betrieb des Fahrzeugs.
-
In 1 wird
der Leistungsgenerierungs-Controller 2 dazu verwendet,
um eine Spannung (Leistungsgenerator-Ausgangsspannung VB) an einem
Ausgangsanschluß (als B-Anschluß bezeichnet) des
Leistungsgenerators 1 auf einem vorbestimmten geregelten
Spannungs-Einstellwert zu halten (beispielsweise 14 V). Der Leistungsgenerierungs-Controller 2 umfaßt
zusätzlich zu dem B-Anschluß einen Kommunikationsanschluß (als
C-Anschluß bezeichnet), und einen Erdungsanschluß (als E-Anschluß bezeichnet).
Der B-Anschluß ist mit einer Batterie 3 verbunden
und mit fahrzeugeigenen verschiedenen elektrischen Lasten, und zwar über
eine vorbestimmte Lade-Leitung. Der C-Anschluß ist mit einer
ECU 5 verbunden, die als eine externe Steuervorrichtung
dient. Der E-Anschluß ist mit einem Rahmen des Leistungsgenerators 1 verbunden.
In
-
1 ist
der Fahrzeug-Leistungsgenerierungs-Controller 2 parallel
zu dem Fahrzeug-Leistungsgenerator 1 gezeigt. Jedoch ist
bei einer aktuellen Realisierung der Leistungsgenerierungs-Controller 2 innerhalb
des Leistungsgenerators 1 vorgesehen.
-
Der
Leistungsgenerator 1 enthält eine Dreiphasen-Statorwicklung 101,
eine Erregerwicklung 102 und eine Gleichrichterschaltung 103.
Die Statorwicklung 101 ist in einem Stator enthalten. Die
Erregerwicklung 102 ist in einem Rotor enthalten. Die Gleichrichterschaltung 103 ist
dafür vorgesehen und dafür ausgebildet, um eine
Vollwellen-Gleichrichtung an einer Dreiphasen-Ausgangsgröße
von der Statorwicklung 101 vorzunehmen. Eine Ausgangsspannung
aus dem Leistungsgenerator 1 wird durch den Leistungsgenerierungs-Controller 2 gesteuert
oder geregelt, der intermittierend die. Elektrifizierung der Erregerwicklung 102 entsprechend
steuert oder regelt.
-
Als
Nächstes wird eine detaillierte Konfiguration der Operationen
des Leistungsgenerierungs-Controllers 2 beschrieben. Wie
in 1 gezeigt ist, enthält der Leistungsgenerierungs-Controller 2 einen
N-Kanal Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOS-FET) 201,
eine Zirkulierdiode 202, eine Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung 205, eine
Drehdetektorschaltung 206, eine Kommunikations-Steuerschaltung 207 und
eine Stromversorgungsschaltung 208.
-
Der
MOS-FET 201 ist mit der Erregerwicklung 102 in
Reihe geschaltet. Wenn der MOS-FET 201 EINgeschaltet ist,
fließt ein Erregerstrom zu der Erregerwicklung 102.
Die Umlauf- oder Zirkulierdiode 202 ist parallel zu der
Erregerwicklung 102 geschaltet. Wenn der MOS-FET 201 AUSgeschaltet
ist, veranlaßt die Zirkulierdiode 232 das Zirkulieren
des Erregerstromes.
-
Die
Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung 205 steuert intermittierend
den MOS-FET 201, und zwar unter Verwendung eines Erregungsantriebs-Tastverhältnisses
FDUTY. Um eine allmähliche Erregungssteuerung durchzuführen,
stellt die Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung 205 ein
allmähliches oder graduelles Erregungs-Tastverhältnis „J-DUTY"
ein, welches das Erregungsantriebs-Tastverhältnis FDUTY
einschränkt.
-
Die
Drehdetektorschaltung 206 überwacht eine Phasenspannung,
die an irgend einer Phase der Statorwicklung 101 erscheint,
wodurch dann die Drehfrequenz des Leistungsgenerators 1 detektiert wird.
Die Drehdetektorschaltung 206 gibt eine Spannung entsprechend
der detektierten Drehfrequenz aus. Die Kommunikations-Steuerschaltung 207 führt eine
Kommunikationssteuerung für verschiedene Signale durch,
die zu der ECU 5 gesendet und von dieser empfangen werden,
und zwar über den C-Anschluß. Die Stromversorgungsschaltung 208 erzeugt eine
vorbestimmte Betriebsspannung. Die oben beschriebene Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung 205 entspricht
einer Änderungseinrichtung für eine Abnahmerate
und einer Änderungseinrichtung für eine Zunahmerate.
-
Der
Leistungsgenerierungs-Controller 2 gemäß der
Ausführungsform ist in der oben beschriebenen Weise konfiguriert.
Die Steueroperationen des Leistungsgenerierungs-Controllers 2 werden
nun als Nächstes beschrieben.
-
Operationen des Leistungsgenerierungs-Controllers 2
-
2 zeigt
ein Flussdiagramm, welches die Operationen veranschaulicht, die
durch den Leistungsgenerierungs-Controller 2 ausgeführt
werden. Wenn ein Zündschlüsselschalter (nicht
gezeigt) EINgeschaltet wird, wird ein serielles Kommunikationssignal
von der ECU 5 zu dem C-Anschluß des Leistungsgenerierungs-Controllers 2 gesendet.
Die Kommunikations-Steuerschaltung 207 innerhalb des Leistungsgenerierungs-Controllers 2 überwacht
den C-Anschluß und beurteilt, ob das Kommunikationssignal
empfangen worden ist (Schritt 100). Wenn kein Kommunikationssignal
empfangen worden ist, führt die Beurteilung der Kommunikations-Steuerschaltung 207 zu
einem NEIN. Die Beurteilung wird dann wiederholt. Wenn das Kommunikationssignal,
welches von der ECU 5 gesendet wird, über den
C-Anschluß empfangen wurde, lautet die Beurteilung bei dem
Schritt 207(???) JA: Die Kommunikations-Steuerschaltung 207 speist
ein Stromversorgungs-EIN-Signal in die Stromversorgungsschaltung 208 ein
(Schritt 101). Die Stromversorgungsschaltung 208 startet
die Generierung einer Betriebsspannung, die jedem Abschnitt zuzuführen
ist, und zwar abhängig von dem einge speisten Stromversorgungs-EIN-Signal.
Als ein Ergebnis startet der gesamte Leistungsgenerierungs-Controller 2 eine
vorbestimmte Leistungsgenerierungs-Steueroperation.
-
Als
Nächstes stellt die Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung 205 jeweilige
Werte einer allmählichen Erregungstastverhältnis-Zunahmerate
T2 und einer allmählichen Erregungstastverhältnis-Abnahmerate
T1 basierend auf dem Kommunikationssignal ein, welches von der ECU 5 gesendet
wird (Schritt 102). Die allmähliche Erregungstastverhältnis-Zunahmerate
T2 besteht aus einem Wert, der eine Zunahmerate des allmählichen
Erregungs-Tastverhältnisses beschreibt, der zur Steuerung
einer Zunahmerate des Erregerstromes verwendet wird. Die allmähliche
Erregungstastverhältnis-Reduzierungsrate T1 bildet einen
Wert, der eine Abnahmerate des allmählichen Erregungs-Tastverhältnisses
vorschreibt. Die ECU 5 stellt in variabler Weise die jeweiligen
Werte der allmählichen Erregungstastverhältnis-Zunahmerate
T2 und der allmählichen Erregungstastverhältnis-Abnahmerate
T1 ein (Einzelheiten werden noch später beschrieben).
-
Als
Nächstes detektiert die Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung 205 die
Leistungsgenerator-Ausgangsspannung VB unter Verwendung einer Spannungsteilerschaltung,
die durch Widerstände 203 und 204 gebildet
ist (Schritt S103). Die Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung 205 berechnet ein
Spannungssteuer-Tastverhältnis D_DUTY basierend auf einer
geregelten Spannung Vreg, die in dem Kommunikationssignal enthalten
ist, welches von der ECU gesendet wird, und basierend auf der Leistungsgenerator-Ausgangsspannung
VB, die bei dem Schritt 103 detektiert wurde (Schritt 104).
Das Spannungssteuer-Tastverhältnis D_DUTY besteht aus einem
Antriebstastverhältnis für eine intermittierende Steuerung
der Erregerwicklung 102 (Impulsbreite-Modulation [PWM]
bzw. Steuerung des Erregerstroms) durch den MOS-FET 201,
die zu dem Zweck durchgeführt wird, um die Leistungsgenerator-Ausgangsspannung
VB auf der geregelten Spannung Vreg in einem statischen Zustand
aufrecht zu halten. Spezifischer gesagt wird das Spannungssteuer-Tastverhältnis
D_DUTY durch den folgenden Ausdruck berechnet: D_DUTY = K1(VB – Vreg) + K2·ΔVB/Δt
+ K3·∫(VB – Vreg)Δt (1)
-
Bei
diesem Ausdruck bedeuten K1, K2 und K3 vorbestimmte konstante Zahlen. Δt
bedeutet eine Zeitperiode, während welcher das Spannungssteuer-Tastverhältnis
D_DUTY berechnet wird. ΔVB bildet einen Änderungsbetrag
in Δt der Leistungsgenerator-Ausgangsspannung VB. Ein erstes
Element auf der rechten Seite des Ausdruckes (1) zeigt
einen Wert an, der proportional zu einer Differenz zwischen der
Leistungsgenerator-Ausgangsspannung VB und der geregelten Spannung
Vreg ist. Ein zweites Element auf der rechten Seite besteht aus
einem Wert, der proportional zu einem Änderungsbetrag pro
Zeiteinheit der Leistungsgenerator-Ausgangsspannung VB ist. Ein
drittes Element auf der rechten Seite besteht aus einem Wert, der
proportional zu einem akkumulierten Wert einer Differenz zwischen
der Leistungsgenerator-Ausgangsspannung VB und der geregelten Spannung
Vreg ist.
-
Als
Nächstes berechnet die Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung 205 ein
allmähliches Erregungs-Tastverhältnis J_DUTY unter
Verwendung des folgenden Ausdrucks (Schritt S105). Das allmähliche Erregungs-Tastverhältnis
J_DUTY bildet einen Wert, der das Erregungs-Antriebstastverhältnis
FDUTY begrenzt, das heißt, ein Antriebstastverhältnis,
durch welches intermittierend der MOS-FET 201 gesteuert wird,
um eine plötzliche Änderung in dem Erregerstrom
zu unterdrücken.
-
In
dem statischen Zustand gilt J_DUTY
= FDUTY + α_DUTY (2)
-
In
diesem Ausdruck bedeutet α_DUTY einen Änderungsbetrag
in FDUTY, der eine Änderung in dem Erregerstrom zulässt.
Wenn beispielsweise α_DUTY auf 10% eingestellt wird, arbeitet
die allmähliche Erregungssteuerung nicht bei oder unterhalb
von 10% der Änderung in FDUTY. In dem statischen Zustand,
bei dem der Betrag der elektrischen Last und der Stromerzeugung
des Leistungsgenerators 1 nicht variieren, ändert
sich FDUTY nicht plötzlich. Daher zeigt der Ausdruck (2)
an, daß ein Wert, der aus einer Summe aus FDUTY zu diesem
Zeitpunkt und α_DUTY besteht, als allmähliches
Erregungs-Tastverhältnis J_DUTY eingestellt ist.
-
In
einem Überganszustand gilt,
- 1) wenn
J_DUTY > FDUTY + α_DUTY
J_DUTY = J_DUTY – T1(J_DUTY – (FDUTY
+ α_DUTY)) (3).
-
Der
Zustand ist äquivalent dem Zustand, wenn eine große
elektrische Last abgetrennt wird. Das FDUTY fällt plötzlich
ab (spezifisch in solcher Weise, daß der Änderungsbetrag
gleich α_DUTY oder mehr beträgt). Daher wird der
Wert, der aus der Summe aus FDUTY und α_DUTY besteht, kleiner
als das allmähliche Erregungs-Tastverhältnis J_DUTY, welches
unter Verwendung des Ausdruckes (2) eingestellt wird. In diesem
Fall wird das neue allmähliche Erregungs-Tastverhältnis
J_DUTY unter Verwendung des Ausdrucks (3) eingestellt.
- 2) Wenn J_DUTY < FDUTY
+ α_DUTY,
J_DUTY
= J_DUTY + T2 (4).
-
Der
Zustand ist äquivalent dazu, wenn eine große elektrische
Last angelegt wird. FDUTY nimmt plötzlich zu (spezifischer
gesagt, in solcher Weise, daß der Änderungsbetrag
gleich wird α_DUTY oder mehr). Daher wird der Wert, der
aus der Summe von FDUTY und α_DUTY besteht, größer
als das allmähliche Erregungs-Tastverhältnis J_DUTY,
welches unter Verwendung des Ausdrucks (2) eingestellt wird. In diesem
Fall wird ein neues allmähliches Erregungs-Tastverhältnis
J_DUTY unter Verwendung des Ausdrucks (4) eingestellt.
-
Als
Nächstes berechnet die Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung 205 das
Erregungs-Antriebstastverhältnis FDUTY unter Verwendung
des folgenden Ausdrucks (Schritt 106). FDUTY = MIN(D-DUTY, J-DUTY) (5).
-
In
diesem Ausdruck ist MIN(A, B) eine Funktion, welche den kleineren
Wert zwischen A und B auswählt. Durch die Verwendung des
Ausdrucks oder der Gleichung (5) wird die kleinere Größe
zwischen dem Spannungs-Steuertastverhältnis D_DUTY und
dem allmählichen Erregungs-Tastverhältnis J_DUTY
als das Erregungs-Antriebs-Tastverhältnis FDUTY eingestellt.
-
Als
Nächstes treibt die Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung 205 den
MOS-FET 201 gemäß einer intermittierenden
Steuerung an, um das Erregungs-Antriebstastverhältnis FDUTY
zu erzielen (Schritt 107). In dem statischen Zustand gilt
J_DUTY = FDUTY + α_DUTY und D_DUTY = FDUTY. Daher wird
der MOS-FET 201 durch das Spannungs-Steuertastverhältnis
D_DUTY angetrieben. Daher wird in dem statischen Zustand der Erregerstromwert
durch PWM (Impulsbreite-Modulation)-Steuerung einer fixierten Periode
in solcher Weise gesteuert, daß die Leistungsgenerator-Ausgangsspannung
VB zu der geregelten Spannung Vreg wird.
-
Selbst
wenn das Kommunikationssignal, welches den Befehl übermittelt,
daß die Stromversorgung EINzuschalten ist, nicht von der
ECU 5 gesendet wird, wenn die Maschine startet, wird eine
Phasenspannung der Statorwicklung 101 durch den restlichen
Fluß erzeugt. Die Dreh-Detektorschaltung 206A detektiert
einen Start der Drehung. Die Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung 205 führt
eine Überwachung durch, ob die Dreh-Detektorschaltung 206(A?)
den Start der Drehung detektiert (d. h. die Anstiegsflanke der Drehung).
Wenn die Anstiegsflanke detektiert wird, lautet die Beurteilung
bei dem Schritt 100 gleich JA. Die Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung 205 speist
ein Strom-EIN-Signal in die Stromversorgungsschaltung 208 ein (Schritt 101).
Selbst wenn auf diese Weise das Kommunikationssignal nicht empfangen
wird, startet der Gesamt-Leistungsgenerierungs-Controller 2 die
vorbestimmte Leistungsgenerierungs-Steueroperation, wenn die Drehung
beginnt.
-
Die
Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung 205 beurteilt auch,
ob ein Zustand, in welchem das Kommunikationssignal nicht gesendet
worden ist, sich für eine vorbestimmte eingestellte Zeitdauer
fortsetzt oder länger, und ob der Leistungsgenerator 1 sich
nicht dreht (Schritt 108). Bei einem Zustand wie dem geschilderten
beurteilt die Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung 205 ein
JA und stoppt das Erzeugen der Betriebsspannung, welches durch die Stromversorgungsschaltung 208 durchgeführt
wird. Als ein Ergebnis wird eine Serie von Leistungsgenerierungs-Steueroperationen
durch den Leistungsgenerierungs-Controller 2 dann vervollständigt.
-
3 zeigt
ein Flussdiagramm von Operationen, welche durch die ECU 5 ausgeführt
werden. Die ECU 5 empfängt Informationen, die
den Fahrzustand betreffen, wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit
und die Maschinendrehzahl (beispielsweise von einem Drehzahlsensor
empfangen) und empfängt Signale, welche sich auf den Stromversorgungssystem-Zustand
beziehen, wie beispielsweise den Stromerzeugungszustand, der beispielsweise eine
Betätigungsrate (Erregungs-Antriebs-Tastverhältnis
FDUTY) des Leistungsgenerators 1, einen elektrischen Lastzustand
und einen Ladezustand der Batterie 3 (Schritt 200)
enthalten.
-
Als
Nächstes beurteilt die ECU 5, ob sich das Fahrzeug
in einem Leerlaufzustand befindet (Schritt 201). Wenn sich
das Fahrzeug nicht in einem Leerlaufzustand befindet, beurteilt
die ECU 5 NEIN. Als Nächstes stellt die ECU 5 einen
maximalen Wert als jeweilige Werte der allmählichen Erregungstastverhältnis-Zunahmerate
T2 und der allmählichen Erregungstastverhältnis-Abnahmerate
T1 ein (Schritt 202). Die ECU 5 stellt den maximalen
Wert auf einen Wert nahe der Änderungsrate des Erregerstromes, wie
beispielsweise auf 0,2 sec/100%. Die ECU 5 sendet dann
die allmähliche Erregungs-Zunahmerate T2 und die allmähliche
Erregungs-Abnahmerate T1 zu dem Leistungsgenerierungs-Controller 2 (Schritt 209).
Es wird daher die allmähliche Erregungssteuerung in einem
Fahrzustand, der von dem Leerlaufzustand verschieden ist, ungültig.
Die PWM-Steuerung des MOS-FET 201, der den Erregerstrom
antreibt, wird gleich der Spannungssteuerung.
-
Zur
gleichen Zeit und während der Zustände, die von
dem Leerlaufzustand verschieden sind, lautet die Beurteilung bei
dem Schritt 201 gleich JA. Die ECU 5 beurteilt
dann, ob die Leerlaufdrehzahl geringer ist als 600 U/min. (Schritt 203).
Wenn ein Aufwärmzustand der Maschine vervollständigt
worden ist, ist der Ladezustand der Batterie 3 günstig,
die elektrische Last ist gering, die Betriebsrate des Leistungsgenerators 1 ist niedrig
und die Leerlaufdrehzahl wird kleiner als 600 U/min. (beispielsweise
550 U/min.). In diesem Fall beurteilt die ECU 5 bei dem Schritt 203 mit
JA. Die ECU 5 beurteilt dann, ob der intermittierende Lastbetrieb
(intermittierender Betrieb der elektrischen Last) durchgeführt
worden ist (Schritt 204). Wenn der intermittierende Lastbetrieb nicht
durchgeführt wird, beurteilt die ECU 5 mit NEIN. Die
ECU 5 stellt dann jeweils die allmähliche Erregungstastverhältnis-Zunahmerate
T2 auf einen kleinen Wert ein (beispielsweise auf 15 sec/100%) und stellt
die allmähliche Erregungstastverhältnis-Abnahmerate
T1 auf einen großen Wert ein (beispielsweise auf 0,4 sec/100%)
(Schritt 205). Die ECU 5 sendet dann die allmähliche
Erregungstastverhältnis-Zunahmerate T2 und die allmähliche
Erregungstastverhältnis-Abnahmerate T1 an den Leistungsgenerierungs-Controller 2 ein
(Schritt 209).
-
4 zeigt
ein Diagramm der Betriebszeitlagen, wenn der intermittierende Lastbetrieb
nicht ausgeführt wird. Gemäß der Darstellung
in 4 nimmt die Zunahmerate des Erregungsantriebs-Tastverhältnisses
FDUTY ab, wenn die elektrische Last angelegt wird. Die zunehmende
Rate des Erregerstroms nimmt ebenfalls ab. Daher nimmt auch die
Zunahmerate des Antriebsdrehmoments des Leistungsgenerators 1 ebenfalls
ab, wodurch eine Reduzierung der Maschinendrehzahl unterdrückt
werden kann.
-
Wenn
die Leerlaufdrehzahl bei 600 U/min. oder mehr liegt, lautet die
Beurteilung bei dem Schritt 203 NEIN. Die ECU 5 beurteilt
dann, ob eine Drehzahlschwankung aufgetreten ist (Schritt 206).
Wenn beispielsweise eine Schwankung in einer Maschinendrehzahlfrequenz
während einer vorbestimmten Zeitdauer 100 U/min.
oder mehr beträgt, lautet die Beurteilung bei dem Schritt 206 JA
unter der Annahme, daß die Drehzahlschwankung, die zu einer Schwankung
im Antriebsdrehmoment des Leistungsgenerators 1 beiträgt,
möglich ist. In diesem Fall nimmt die ECU 5 die
Beurteilung bei dem Schritt 204 vorweg, und zwar ob ein
intermittierender Lastbetrieb durchgeführt worden ist.
Wenn der intermittierende Lastbetrieb nicht durchgeführt
wird, wird die allmähliche Erregungstastverhältnis-Zunahmerate
T2 auf einen kleinen Wert eingestellt und es wird die allmähliche
Erregungs-Abnahmerate T1 auf einen großen Wert eingestellt.
Es wird somit die Schwankung in dem Antriebsdrehmoment des Leistungsgenerators 1 unterdrückt.
-
Wenn
eine Drehzahlschwankung nicht auftritt, lautet die Beurteilung bei
dem Schritt 206 NEIN. Die ECU 5 beurteilt dann,
ob die elektrische Last gerade abgetrennt worden ist (Schritt 207).
Wenn die elektrische Last gerade abgetrennt worden ist, beurteilt
die ECU 5 mit JA. Die ECU 5 gelangt dann zu einer
Beurteilung bei dem Schritt 204, und zwar ob ein intermittierender
Lastbetrieb durchgeführt wird. Wenn der intermittierende
Lastbetrieb durchgeführt wird, wird die allmähliche
Erregungstastverhältnis-Zunahmerate T2 auf einen kleinen
Wert eingestellt und die allmähliche Erregungstastverhältnis-Abnahmerate
T1 wird auf einen großen Wert eingestellt. Daher wird das
allmähliche Erregungstastverhältnis sehr schnell
auf FDUTY + α_DUTY geändert, und zwar abhängig
von der Abnahme in dem Erregungsantriebs-Tastverhältnis
FDUTY, nachdem die Last beseitigt worden ist. Als ein Ergebnis kann
eine allmähliche Erregungssteuerung kontinuierlich mit Bestimmtheit
durchgeführt werden, und zwar selbst dann, wenn die elektrische
Last angelegt wird.
-
Wenn
die Last nicht unmittelbar entfernt worden ist und die Beurteilung
bei dem Schritt 207 NEIN oder wenn der intermittierende
Lastbetrieb nicht durchgeführt wird und die Beurteilung
bei dem Schritt 204 JA lautet, stellt die ECU 5 die
allmähliche Erregungstastverhältnis-Zunahmerate
T2 auf einen großen Wert (beispielsweise auf 5 sec/100%)
und stellt die allmähliche Erregungstastverhältnis-Abnahmerate
T1 auf einen kleinen Wert (beispielsweise auf 1,2 sek/100%) (Schritt 208).
Die ECU 5 sendet dann die allmähliche Erregungstastverhältnis-Zunahmerate T2
und die allmähliche Erregungstastverhältnis-Abnahmerate
T1 zu dem Leistungsgenerierungs-Controller 2 (Schritt S209).
-
5 ist
ein Diagramm, welches die Betriebszeitlagen wiedergibt, wenn der
intermittierende Lastbetrieb durchgeführt wird. Gemäß der
Darstellung in 5 wird die Abnahme in den allmählichen Erregungstastverhältnissen
langsam, wenn die elektrische Last während des intermittierenden
Lastbetriebes abgetrennt wird. Ein Zunahmebetrag in dem Erregungs-Antriebstastverhältnis
FDUTY innerhalb einer kurzen Zeitdauer zu einer Anwendungs-Zeitlage
der nächsten elektrischen Last nimmt zu. Daher nimmt ein
Zunahmebetrag in dem Erregerstrom zu und eine Reduzierung der Batteriespannung kann unterdrückt
werden. Als ein Ergebnis können periodische Spannungsschwankungen
während des intermittierenden Lastbetriebes unterdrückt
werden und Probleme wie ein Aufhellen oder ein Dimmen von Lampen
kann verhindert werden.
-
Wenn
die Last nicht unmittelbar entfernt worden ist oder wenn mit anderen
Worten die Maschinendrehzahl sich im Leerlauf bei 600 U/min. oder mehr
befindet und stabil ist ohne Drehzahlfluktuationen, wird die allmähliche
Erregungstastverhältnis-Zunahmerate T2 auf einen großen
Wert eingestellt und die allmähliche Erregungstastverhältnis-Abnahmerate
T1 wird auf einen kleinen Wert eingestellt. Es kann daher die allmähliche
Erregungssteuerung in einem Ausmaß durchgeführt
werden, welches sowohl eine Reduzierung der Maschinendrehzahl als
auch eine Reduzierung der Batteriespannungsabnahme ermöglicht.
-
Auf
diese Weise kann bei dem Fahrzeugsystem gemäß der
Ausführungsform die Rate, mit welcher der Wert des allmählichen
Erregungstastverhältnisses abnimmt, geändert werden,
und zwar abhängig vom Status des Fahrzeugs, wie beispielsweise dem
Anlegezustand der elektrischen Last. Eine optimale allmähliche
Erregungssteuerung oder Regelung kann immer durchgeführt
werden. Die Spannungsschwankungen in dem Leistungsgenerator 1 und
der Batterie 3 und eine Maschinendrehzahlabnahme während
des Leerlaufs können verhindert werden.
-
Die
Rate, mit welcher der Wert des allmählichen Erregungstastverhältnisses
abnimmt, wird durch das Kommunikationssignal geändert,
welches von der ECU 5 gesendet wird. Als ein Ergebnis kann der
Anwendungs- oder Anlagezustand der elektrischen Last und der Zustand
des Fahrzeugs in einfacher Weise in der allmählichen Erregungssteuerung reflektiert
werden.
-
Die
Leistungsgenerator-Steuerschaltung 205 ändert
gleichzeitig die Abnahmerate des allmählichen Erregungstastverhältnisses
und ändert die Zunahmerate des allmählichen Erregungstastverhältnisses
(Operationen, die durch die Leistungsgenerierungs-Steuerschaltung 205 durchgeführt
werden, und zwar entsprechend den Operationen, die durch die ECU 5 bei
den Schritten 205 und 208 ausgeführt werden).
Als ein Ergebnis können die Eigenschaften der allmählichen
Erregungssteuerungsfunktion in signifikanter Weise geändert
werden.
-
Das
allmähliche oder graduelle Erregungstastverhältnis
kann auf einem niedrigen Wert gehalten werden, und zwar durch Erhöhen
der Abnahmerate des allmählichen Erregungstastverhältnisses
in einem niedrigen Leerlaufzustand. Als ein Ergebnis kann eine Reduzierung
in der Maschinendrehzahl, wenn die elektrische Last angelegt wird,
unterdrückt werden. Die Spannungsschwankung kann während des
intermittierenden Betriebes unterdrückt werden.
-
Der
Wert des allmählichen Erregungstastverhältnisses
kann während des intermittierenden Betriebs der elektrischen
Last hoch gehalten werden, wenn die Rate, mit welcher der Wert des
allmählichen Erregungstastverhältnisses abnimmt,
niedrig eingestellt wird, wenn die intermittierend betriebene elektrische
Last angelegt wird. Als ein Ergebnis können Spannungsschwankungen
während des intermittierenden Betriebes unterdrückt
werden.
-
Der
Wert des allmählichen Erregungstastverhältnisses
kann schnell abgesenkt werden, wenn die Rate, mit welcher der Wert
des allmählichen Erregungstastverhältnisses abgesenkt
wird, hoch eingestellt wird, wenn die elektrische Last abgetrennt
wird. Als ein Ergebnis kann die allmähliche Erregungssteuerung
während des Anlegen der elektrischen Last unmittelbar ausgeführt
werden.
-
Es
können Schwankungen in dem Leistungsgenerator-Drehmoment
unterdrückt werden und es können die Schwankungen
in der Maschinendrehzahl unterdrückt werden, wenn die Rate,
mit welcher der Wert des allmählichen Erregungstastverhältnisses
abgesenkt wird, hoch eingestellt wird, wenn die Leerlaufdrehzahl
unstabil ist.
-
Das
Verhalten der Abnahme in dem allmählichen Erregungstastverhältnis
kann ähnlich Dämpfungseigenschaften des aktuellen
Erregerstromes gemacht werden, und zwar durch die Rate, mit welcher
der Wert des allmählichen Erregungstastverhältnisses
abnimmt und in dem dieser abhängig von der Differenz eingestellt
wird, und zwar der Differenz zwischen dem Wert des allmählichen
Erregungstastverhältnisses und dem Wert des Erregungsantriebs-Tastverhältnisses
(zweiter Ausdruck auf der rechten Seite des Ausdruckes oder der
Gleichung [3]). Als Folge können plötzliche Zunahmen
in dem Erregerstrom, wenn die elektrische Last abgetrennt wird,
auf ein Minimum unterdrückt werden.
-
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt. Es sind vielfältige modifizierte Ausführungsformen realisierbar,
die in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen. Beispielsweise
kann die Rate, mit welcher der Wert des allmählichen Erregungstastverhältnisses
abgesenkt wird, abhängig vom Typ des Leistungsgenerators 1 geändert
werden. Spezifischer gesagt, kann die ECU 5 die allmähliche
Erregungstastverhältnis-Zunahmerate T2 und die allmähliche
Erregungstastverhältnis-Abnahmerate T1 abhängig
vom Typ des Leistungsgenerators 1 variabel einstellen. Als
Folge kann die Abnahmerate des allmählichen Erregungstastverhältnisses
abhängig von den Drehmoment-Eigenschaften des Leistungsgenerators 1 und
den Dämpfungseigenschaften des Erregerstromes eingestellt
werden. Es kann dann eine optimale allmähliche oder graduelle
Erregungssteuerung durchgeführt werden.
-
Die
Rate, mit welcher der Wert des allmählichen Erregungstastverhältnisses
abgesenkt wird, kann abhängig von der Fahrzeugmaschine
geändert werden. Spezifischer gesagt kann die ECU 5 den Wert
der allmählichen Erregungstastverhältnis-Zunahmerate
T2 und den Wert der allmählichen Erregungstastverhältnis-Abnahmerate
T1 abhängig vom Typ der Fahrzeugmaschine variabel einstellen.
Als Folge kann eine optimale Abnahmerate des allmählichen
Erregungstastverhältnisses abhängig von den Drehmoment-Eigenschaften
des Leistungsgenerators 1 und den Drehschwankungseigenschaften
in Bezug auf externe Störungen, die durch Unterschiede
im Trägheitsmoment und ähnlichem verursacht werden,
eingestellt werden. Die Maschinendrehzahl-Schwankungen und die Batteriespannungs-Schwankungen
können in optimale Zustände abhängig
vom Typ der Maschine platziert werden.
-
Gemäß der
oben beschriebenen Ausführungsform, wie sich durch den
zweiten Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung oder des Ausdrucks (3)
ergibt, wird die Rate, mit welcher der Wert des allmählichen
Erregungstastverhältnisses abgesenkt wird, abhängig
von der Abweichung zwischen dem Wert des allmählichen Erregungstastverhältnisses und
dem Wert des Erregungs-Antriebstastverhältnisses eingestellt.
Es kann jedoch die Rate ungeachtet des Wertes des allmählichen
Erregungstastverhältnisses eingestellt werden. Spezifischer
gesagt kann der Ausdruck (3a), der weiter unten angegeben ist, anstelle
des Ausdrucks (3) verwendet werden. J_DUTY
= J_DUTY-T1 (3a).
-
Als
Ergebnis kann eine einfache Schaltungskonfiguration erreicht werden
und es können die Kosten reduziert werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2007-209358 [0001]
- - JP 2006-121869 [0004, 0006]