DE19949824A1

DE19949824A1 - Vorrichtung zur Erkennung von Schlupf eines Antriebsriemens eines von einem Antriebsmotor angetriebenen Generators

Info

Publication number: DE19949824A1
Application number: DE19949824A
Authority: DE
Inventors: Burkhard Hiller; Klaus Ries-Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2001-04-19
Also published as: WO2001029960A1; EP1224729A1; BR0014867A; US6675642B1

Abstract

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Erkennung von Schlupf eines Antriebsriemens (4) eines von einem Antriebsmotor (2) angetriebenen Generators (1) vorgeschlagen, bei der durch Beobachtung der Bordnetzspannung (U¶b¶) sowie dem Signalverlauf an der Klemme (DF) des Generators (1) der Schlupf eines Antriebsriemens (4) bestimmbar ist. Zur Bestimmung des Schlupfs wird eine möglichst große elektrische Last (10) geschaltet und der Spannungsverlauf der Bordnetzspannung (U¶b¶) vor und nach dem Schalten der elektrischen Last (10) ausgewertet. Durch zusätzliche Beobachtung des Signals an der Klemme (DF) des Generators (1) wird ausgeschlossen, daß nicht beobachtete elektrische Verbraucher das Ergebnis verfälschen können.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Erkennung von einem Schlupf eines Antriebsriemens zwischen einem Generator und dem Antriebsmotor nach der Gattung des Haupt anspruchs.

Aus der DE 43 25 505 A1 ist schon ein elektronisches Steuer gerät für Kraftfahrzeuge bekannt, bei dem in Abhängigkeit von der Last an dem Generator die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors gesteuert wird. Bei Belastung des Generators wird die Leerlaufdrehzahl angehoben, während sie bei Entlastung des Generators die Drehzahl gesenkt wird, um den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs zu verringern. Bei diesem Steuergerät ist ungünstig, daß lediglich eine Drehzahlanpassung in Abhängigkeit von der Last des ange triebenen Generators erfolgt, nicht jedoch die Überprüfung, ob das von dem Antriebsmotor gelieferte Drehmoment auch tatsächlich auf die Welle des Generators übertragen wird. Tritt Schlupf des Antriebsriemens auf, das heißt, rutscht der Keilriemen auf der Riemenscheide, dann kann das erforderliche Drehmoment trotz der Anhebung der Leerlaufdrehzahl des Motors nicht übertragen werden und zu einer Entladung der Batterie führen, da der Schlupf des Antriebsriemens nicht erkannt wurde und somit der Fehler nicht behoben werden kann.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung von Schlupf eines Antriebsriemens eines von einem Antriebsmotor ange triebenen Generators mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein rutschender Antriebsriemen (Schlupf) sofort erkannt werden kann und somit vorteilhaft eine schlechte Batterieladung oder ein schleichendes Entladen der Batterie längerfristig vermieden wird. Besonders vorteilhaft ist, daß durch Erkennung des rutschenden Antriebsriemens unter Umständen auch Störungen im Kühlkreislauf aufgedeckt werden können, da häufig auch die Wasserpumpe von dem Antriebsriemen des Generators mitangetrieben wird.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maß nahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Besonders vorteilhaft ist, daß auch die Last des Generators über den Spannungsverlauf an der Klemme DF abgefragt wird. Durch die Bestimmung der auf den Generator wirkenden elektrischen Last ergibt sich eine einfache Möglichkeit, die zum Zweck der Überprüfung geschaltete Last, beispielsweise ein Ventilator oder anderer möglichst großer Verbraucher, zu überprüfen. Zusätzliche Verbraucher, die zufällig eingeschaltet wurden, können durch den Vergleich mit der geschalteten Last erkannt und eliminiert werden.

Vorteilhaft ist weiter, daß die Bestimmung der Änderung der Bordnetzspannung wiederholt wird, wenn der Vergleich mit dem vorgegebenen Grenzwert zu einem Fehler führt.

Durch Anzeigen des Fehlers oder Ausgabe eines Warnsignals wird der Fahrer entweder umgehend darüber informiert, eine Werkstatt aufzusuchen, oder der Fehler kann - je nach Dringlichkeit - abgespeichert und beim nächsten Service in der Werkstatt beseitigt werden.

Vorteilhaft ist weiter, daß die Bestimmung der Last des Antriebsmotors bei einer vorgegebenen Drehzahl erfolgt, da für diese Drehzahl für die vorgegebene elektrische Last nur ein Vergleichswert gespeichert werden muß. Werden mehrere Drehzahlen verwendet, so ist vorteilhaft für jede Drehzahl der zugehörige Vergleichswert zu speichern.

Als besonders vorteilhaft wird auch angesehen, daß die Vor richtung in Form eines Steuerprogramms in einem bereits vorhandenen Steuergerät für Motor- oder Fahrzeugfunktionen verwendet wird. Ein zusätzlicher Hardwareaufwand entfällt dadurch weitgehend.

Günstig ist weiterhin, einen aufgetretenen Fehler in einem Speicher der Vorrichtung zu speichern, so daß er zu jedem Zeitpunkt ausgelesen und somit beispielsweise ein Versagen der Batterie aufgrund eines entladenen Zustands geklärt werden kann.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild und die

Fig. 2a bis e und 3a bis e zeigen Diagramme ohne bzw. mit einem Schlupf eines Antriebsriemens.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben und in seiner Funktionsweise näher erläutert.

Das Blockschaltbild der Fig. 1 zeigt zunächst einen Strom laufplan in schematischer Darstellung. Ein Generator 1 ist räumlich zu einem Antriebsmotor 2 derart angeordnet, daß jeweils eine Riemenscheibe 3a bzw. 3b auf der Kurbelwelle K des Antriebsmotors 2 bzw. auf einer Welle des Generators 1 über einen Antriebsriemen 4 angetrieben wird. Die Drehzahl des Läufers des Generators 1 ist bedingt durch das Über setzungsverhältnis der beiden Riemenscheiben 3a zu 3b von der Drehzahl des Antriebsmotors 2 abhängig. Bei einer hohen Drehzahl des Antriebsmotors 2 ist die Drehzahl des Generators 1 entsprechend hoch und umgekehrt entsprechend niedrig. Ist der Antriebsriemen 4 jedoch nicht ausreichend straff gespannt, kann sich zwischen den beiden Drehzahlen eine Differenz ergeben (Schlupf), da der Antriebsriemen 4 in der Regel auf der kleineren Riemenscheibe 3b durchrutscht. Das vom Antriebsmotor 2 gelieferte Drehmoment kann dann nicht in voller Höhe auf den Anker des Generators 1 über tragen werden. Je größer der Schlupf des Antriebsriemens 4 wird, um so geringer ist das übertragbare Drehmoment, ins besondere dann, wenn der Generator 1 mit einer großen elektrischen Last 10 belastet wird.

Elektrisch gesehen ist der Generator 1, an dem ein Regler 5 angebaut ist, beispielsweise über eine Schnittstelle 6 mit einer Vorrichtung 7 verbunden. Die Verbindungsleitung 6a dient dabei zur Messung der Spannung an der internen Klemme DF des Generators 1. Des weiteren ist der Generator 1 über seine Ausgangsklemme B+ mit einer Batterie 8 verbunden und lädt diese auf. An diese Leitung sind weitere Stromkreise angeschlossen. In Fig. 1 ist aus Übersichtlichkeitsgründen nur ein Stromkreis dargestellt, der aus der Reihenschaltung eines Schalters 9 mit der elektrischen Last 10 besteht. Die Vorrichtung 7 ist des weiteren mit einen Anschluß an die Bordnetzspannung U_b sowie einer Anzeige 12 verbunden. Des weiteren ist die Vorrichtung 7 mit einem Speicher 11 für Daten und Programme verbunden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Vorrichtung 7 Bestandteil eines Steuergeräts für Motor- oder Fahrzeugfunktionen ist, das ohnehin vorhanden ist und das zum eigenen Betrieb bereits mit der Bordnetzspannung U_b verbunden ist. Es enthält vorzugsweise ein Steuerprogramm, mit dem die Spannungsänderungen vor, nach dem Einschalten und/oder nach dem Ausschalten der elektrischen Last 10 gemessen werden. Daraus wird dann der Schlupf des Antriebsriemens 4 bestimmt.

Anhand der Fig. 2 und 3 wird im folgenden die Funktions weise dieser Vorrichtung näher erläutert.

Die Fig. 2a bis 2e zeigen Diagramme von einem Antriebs riemen 4, der über keinen oder nur über einen sehr geringen Schlupf verfügt.

In Fig. 3 sind dagegen entsprechende Diagramme a) bis e) dargestellt, bei dem der Antriebsriemen 4 einen deutlichen Schlupf aufweist.

In den Fig. 2a bzw. 3a wird zum Zeitpunkt t₁ (auf der x- Achse) die elektrische Last 10 über den Schalter 9 eingeschaltet und zum Zeitpunkt t₂ wieder ausgeschaltet. Da in beiden Fällen die Last gleich ist, sind auch die Kurven der Fig. 2a bzw. 3a identisch. Zur Vereinfachung der Auswertung wird für die weiteren Diagramme angenommen, daß die geschaltete elektrische Last 10, beispielsweise ein geschalteter Ventilator, relativ groß ist. Des weiteren wird angenommen, daß sich der Antriebsmotor 2 im stationären Zu stand befindet und beispielsweise mit Leerlaufdrehzahl läuft. Dies hat den Vorteil, daß Störungen und Änderungen des Ist-Drehmoments gering sind und damit das Meßergebnis nicht verfälscht wird. Vorteilhaft ist auch, diese Prüfung im Schiebebetrieb des Motors durchzuführen, da hier Störungen auf die elektrischen Leistungen durch die fehlenden Einspritzsignale und gegebenenfalls die Zündsignale gering sind.

Wie der Fig. 2e entnehmbar ist, ist das Drehmoment M_Ist, das vom Antriebsmotor 2 aufgebracht wird, durch das Ein schalten der elektrischen Last 10 deutlich erhöht. Der Grund liegt darin, daß der Generator 1 bedingt durch die Erzeugung des elektrischen Stromes ein Bremsmoment liefert, das vom Antriebsmotor 2, dem Verbrennungsmotor zu überwinden ist.

In der Fig. 3e ist der Anstieg des Drehmoments M_ist nicht so deutlich erkennbar, da der Generator 1 zwar genauso abgebremst wird wie im Beispiel der Fig. 2e, aber wegen des Schlupfs des Antriebsriemens 4 jedoch der Antriebsmotor 2 das erforderliche Drehmoment M_ist nicht aufbringen kann. Das hat zur Folge, daß die Batterie 8 langfristig entladen werden kann, da ihr mehr Strom entnommen als zugeführt wird.

Da ein Drehmoment in der Regel schwer zu messen ist und einen zusätzlichen Sensor benötigen würde, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, Bordnetzspannung U_b beim Ein- bzw. Ausschalten vorzugsweise an der Stelle zu messen, an der das Steuergerät für den Motor mit der Vorrichtung 7 angeordnet ist. Die Fig. 2b und 3b zeigen entsprechende Spannungsverläufe der Bordnetzspannung U_b. Während im Beispiel ohne rutschenden Antriebsriemen 4 die Bordnetzspannung U_b nur geringe Änderungen zeigt Fig. 2b), ist im Fall der Fig. 3b beim Einschalten der elektrischen Last 10 nach dem Zeitpunkt t₁ ein deutlicher Spannungseinbruch zu sehen. Nach dem Ausschalten der elektrischen Last 10 zum Zeitpunkt t₂ ist ein entsprechender Spannungsanstieg erkennbar. Diese Unterschiede im Vergleich zum Spannungsverlauf der Fig. 2b sind ein Maß für den Schlupf des Antriebsriemens 4. Die Fig. 2c und 3c zeigen den Verlauf der Drehzahl n_mot des Antriebsmotors 2. Im Fall der Fig. 2c ändert sich die Drehzahl n_mot in Abhängigkeit von der elektrischen Last 10, da kein rutschender Antriebsriemen 4 vorliegt. Im Fall der Fig. 3c ist dagegen die Drehzahl n_mot konstant.

Die Fig. 2d und 3d zeigen den zeitlichen Verlauf des Signals an der Klemme DF, das für die elektrische Last 10 des Generators 1 repräsentativ ist. Das DF-Signal stellt dabei das Tastverhältnis zwischen der Einschalt- und der Ausschaltdauer der Generatorerregung dar. Um auszuschließen, daß das Motorsteuergerät während der Messung weitere elektrische Verbraucher ein- oder ausschaltet, kann durch Vergleichen der DF-Signale überprüft werden, ob nur die tat sächlich geschaltete elektrische Last 10 zur Spannungs änderung der Bordnetzspannung U_b beigetragen hat. Generell ist anzumerken, daß der Regler 5 eine Laständerung des Generators 1 durch Erhöhung der Einschaltdauer des Erreger stroms auszuregeln versucht. Bei einer Absenkung der Generatorlast wird die Einschaltdauer entsprechend reduziert. Die Regelung erfolgt dabei so, daß die vorgege benen Generatorsollspannung erreicht wird. In der Fig. 2d ist daher nach dem Ausregeln der elektrischen Last 10 im Zeitbereich t₁ bis t₂ das Tastverhältnis konstant (horizontaler Bereich der Kurve). Im Fall des rutschenden Antriebsriemens 4 ist gemäß der Fig. 3d dagegen in dem Zeitbereich t₁ bis t₂ die Kurve ansteigend. Das bedeutet, daß der Regler versucht, das Tastverhältnis an der Klemme DF nachzuregeln, um den Schlupf des Antriebsriemens 4 auszugleichen. Der Anstieg ist überproportional und kann somit ebenfalls zur Auswertung für den Riemenschlupf als alternative Lösung herangezogen werden. Je nach der Größe des Schlupfes des Antriebsriemens 4 kann es in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie dazu kommen, daß der Sollwert der Bordnetzspannung U_b nicht erreicht wird. Wenn dieser Sollwert nicht erreicht wird, kann dies zu einer Entladung der Batterie 8 führen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, bei einem drehmonentengeführten Motormanagementsystem ein Verlustmoment des Motors per Adaption zu bestimmen. Dabei wird im Leerlauf die Abweichung des Verlustmomentes zu einem fest vorgegebenen Vorsteuerwert ermittelt. Als Maß kann dabei der I-Anteil einer Leerlaufregelung dienen. Vorzugsweise im Leerlauf kann dieser I-Anteil dazu benutzt werden, Änderungen im Verlustmoment, die durch eine Änderung der Generatorbelastug bewirkt werden, zu erkennen. Erfolgt keine ausreichend große Änderung beim Zuschalten eines Verbrauchers, so liegt ein Keilriemenschlupf vor.

Alternativ ist eine auch direkte Momentenmessung bzw. -änderung durch Verwendung eines Momentensensors möglich.

Die Vergleichswerte für den Schlupf eines Antriebsriemens 4 werden vorteilhaft in dem Speicher 11 abgelegt und für den Vergleich herangezogen. Auf diese Weise läßt sich auf vorteilhafte Weise die Größe eines Schlupfs des Antriebs riemens 4 bestimmen.

Claims

1. Vorrichtung zur Erkennung eines Schlupfes eines Generators (1), mit einem Antriebsmotor (2), der über Riemenscheiben (3) und einen Antriebsriemen (4) den Generator (1) antreibt, und mit einem Schalter (9) zum Ein- und Ausschalten einer elektrischen Last (10) im Stromkreis des Generators (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (7) Mittel aufweist, Spannungsänderungen entsprechend einer Drehmomentänderung des Antriebsmotors (2) vor, nach dem Einschalten und/oder Ausschalten der elektrischen Last (10) zu erfassen, und daß die Vorrichtung (7) ausgebildet ist, durch Vergleich der erfaßten Spannungsänderung mit einem vorgegebenen Grenzwert einen Schlupf des Antriebsriemens (4) zu erkennen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erfaßten Spannungsänderungen Änderungen der Bordnetzspannung (U_b) sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (7) zur Bestimmung der elektrischen Last (10) des Generators (1) den Spannungsverlauf an einer Klemme (DF) erfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Spannungsänderungen die Motordrehzahl ermittelbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüch, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Last des Generators (1) mit der geschalteten elektrischen Last (10) vergleichbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Spannungsänderung wiederholt wird, wenn bei dem Vergleich ein vorgegebener Grenzwert überschritten wurde.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Überschreiten des vorgegebenen Grenzwerts ein Warnsignal abgebbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Last des Antriebs motors (2) bei einer vorgegebenen Drehzahl, vorzugsweise bei der Leerlaufdrehzahl des Antriebsmotors (2) durchführbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (7) ein Steuerprogramm zur Durchführung der Schlupferkennung des Antriebsriemens (4) aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (7) Bestandteil eines Motor- oder Fahrzeugsteuergeräts ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (7) einen Fehlerspeicher (11) aufweist.