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Die
vorliegende Erfindung betrifft Generatorsysteme und insbesondere,
aber nicht ausschließlich,
ein Generatorsystem, das sich für
den Einsatz in einem Fahrzeug eignet.
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Bekannterweise
wird ein Fahrzeug mit einem Generator versehen, um elektrischen
Strom für
Lasten und/oder Speicherungsbatterien zu liefern. Elektrische Verbraucher
können
jedoch bewirken, daß ein Generator
von seinem Primärantrieb
bis zu 4 kW abnimmt. Im Fall eines Motors könnte dies verursachen, daß der Kurbelwelle
eine Last von bis zu etwa 30 Nm auferlegt wird. Solche Lasten könnten wiederum
die Stabilität
der Leerlaufdrehzahl beeinflussen, wenn bei dem Versuch zum Kompensieren
Drehmoment variiert wird. Eine schlechte Leerlaufdrehzahlkontrolle
ist eine bekannte Ursache für
Benutzerunzufriedenheit.
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Für starke
elektrische Lasten ist es möglich, dem
Motormanagementsystem (EMS – engine
management system) über
diese Lasten zumindest Teilinformationen zu liefern. Das EMS kann
mit Tuning-Karten von mindestens einiger dieser starken Lasten ausgestattet
werden, so daß es
gegebenenfalls das Motordrehmoment hochfahren kann, um ihre Effekte
zu kompensieren.
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Solche
Karten anzulegen kann jedoch viel Entwicklungszeit in Anspruch nehmen.
Die Technik würde
auch andere generatorspezifische Charakteristiken berücksichtigen
müssen,
z. B. Differenzen zwischen Generatoren und verschiedenen Ausgangsnennwerten,
Generatoren unterschiedlicher Familien und, wo beispielsweise ein
Dual Sourcing verwendet wird, zwischen verschiedenen Generatorherstellern.
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Es
ist auch bekannt, Lastströme
zu messen und daraus die Last des Generators mit ihrer Auswirkung
auf den Primärantrieb
zu bestimmen. Im Zusammenhang mit den oben erwähnten Generatorsystemen wird
im allgemeinen auf
GB
2 248 700 A ,
GB
2 135 797 A ,
US
4,887,273A und
US 4,682,044 verwiesen.
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Aus
US 5,111,788 ist eine Drehzahlsteuereinrichtung
eines Verbrennungsmotors bekannt, bei der eine Variation beim Drehmoment,
die eine Störung
ist, detektiert wird, um die Beziehung zwischen der Strömungsrate
der Ansaugluft (oder der Menge eingespritzten Treibstoffs) und der
von einer Lichtmaschine erzeugten Menge an elektrischem Strom zu steuern
und die von der Lichtmaschine erzeugte Menge an elektrischem Strom
nur während
einer Periode zu reduzieren, wenn ein Inkrement bei der Ansaugluft
(oder der Kraftstoffeinspritzung) verzögert ist, wodurch die Motordrehzahl
stabilisiert wird.
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Aus
US 4,794,898 ist ein Batterieladesystem bekannt.
Die Leitungsrate eines Schaltkreises, der den Feldstrom des Generators
steuert, wird detektiert, während
auch die Motordrehzahl detektiert wird. Da die Leitungsrate die
von dem Generator erzeugte tatsächliche
Elektrizitätsmenge
darstellt, wird anhand der Leitungsrate sowie der Motordrehzahl
die optimale Motorleerlaufdrehzahl bestimmt.
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Aus
US 5,712,786 sind ein Leerlaufsteuerverfahren
und eine Leerlaufdrehzahlsteuervorrichtung bekannt, bei denen der
Feldstrom einer Lichtmaschine ein- und ausgeschaltet wird, um die
Stromerzeugungsrate der Lichtmaschine gemäß der Klemmenspannung einer
Batterie zu steuern, und die Luftansaugung eines Verbrennungsmotors
wird erhöht
und herabgesetzt, um die Motordrehzahl während eines Leerlaufbetriebs
des Motors auf einer Zieldrehzahl zu halten.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines verbesserten Generatorsystems, wo die auf den Primärantrieb
wirkende tatsächliche
Last präzise
bestimmt werden kann.
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Dementsprechend
stellt die Erfindung ein Generatorsystem bereit, das folgendes enthält: ein Generatormittel,
das ausgelegt ist, von einem Primärantrieb angetrieben zu werden,
und ein Steuermittel, das ausgelegt ist, bei Verwendung die Ausgabe
des Primärantriebs
zu steuern, wobei das Steuermittel ausgelegt ist, bei Verwendung
eine mechanische Last abzuleiten, die dem Hauptantrieb von dem Generatormittel
auferlegt wird.
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Das
Signal für
die mechanische Leistung wird unter Berücksichtigung der vom Generator
entwickelten elektrischen Leistung und einem eine Effizienz des
Generators darstellenden Faktor abgeleitet.
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Die
elektrische Leistung wird weiterhin von einer mittleren Generatorausgangsspannung
und aus einem im wesentlichen momentanen Generatorausgangsstrom
abgeleitet.
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Der
im wesentlichen momentane Generatorstrom kann aus einem Generatordrehzahlsignal
und aus einem negativen Spitzenwert, der eine negative Spitze in
einer Generatorausgangsspannungswelle anzeigt, abgeleitet werden.
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Der
negative Spitzenwert kann unter Berücksichtigung der mittleren
Ausgangsspannung des Generatormittels und aus einem Abfall bei einer AC-Komponente
einer Ausgangsspannungswellenform des Generatormittels abgeleitet
werden.
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Der
Effizienzfaktor kann aus einem im wesentlichen momentanen Generatorausgangsstrom und
aus einer Generatordrehzahlmessung abgeleitet werden.
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Die
Generatordrehzahlmessung kann aus einem Synchronisationsimpuls von
dem Steuermittel und aus einem Phasenimpulssignal, das eine im wesentlichen
momentane Phasenbeziehung des Generatormittels darstellt, abgeleitet
werden.
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Das
System kann weiterhin eine digitale Schnittstelle umfassen, die
ausgelegt ist, bei Verwendung die Weiterleitung von Informationen
zwischen dem Generatormittel und dem Steuermittel zu erleichtern.
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Die
Informationen können
eines oder mehrere der folgenden enthalten: einen Synchronisationsimpuls
von dem Steuermittel, ein Generatorausgangssignal, das einen im
wesentlichen momentanen Ausgangsstrom des Generatormittels darstellt, oder
ein Signal für
mechanische Leistung, das die durch das Generatormittel von dem
Primärantrieb abgenommene
mechanische Leistung anzeigt.
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Das
System kann weiterhin ein Datenverarbeitungsmittel umfassen, das
mit dem Generatormittel integriert ist und ausgelegt ist, das Signal
für mechanische
Leistung abzuleiten.
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Die
mechanische Last kann eine Drehmomentlast an einem Wellenmittel
des Primärantriebs umfassen.
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Die
Ableitung der mechanischen Last kann weiterhin eine Berücksichtigung
einer Effizienz eines Antriebsmittels beinhalten, das einen Antrieb
von dem Primärantrieb
zu dem Generatormittel bereitstellt.
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Das
Steuermittel kann ausgelegt sein, bei Verwendung selektiv eine oder
mehrere Änderungen an
einer Leistungsabgabe des Primärantriebs
vorzunehmen, um eine Kompensation für die mechanische Last bereitzustellen.
Diese Änderung
kann Teil eines Primärantriebsleerlauf drehzahlsteuerverfahrens oder
Teil einer Lastausbalancierungsstrategie umfassen.
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Das
Generatorsystem kann ein Generatorsystem eines Fahrzeugs umfassen.
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Die
Erfindung wird nun lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Schemadiagramm eines Fahrzeugs, das ein Generatorsystem gemäß der Erfindung
enthält;
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2 ein
Flußdiagramm
eines von einem Teil des Generatorsystems von 1 verwendeten Analyseverfahrens;
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3 eine
Kurve einer von dem Generatorsystem von 1 erzeugten
Ausgangsspannungswellenform und
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4 eine
graphische Darstellung, die einen Abschnitt der Wellenform von 3 zu
einer Arbeitsdrehzahl eines Generators des Systems von 1 in Beziehung
setzt, um den im wesentlichen momentanen Generatorausgangsstrom
abzuleiten.
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Unter
Bezugnahme aus die Figuren enthält ein
Fahrzeug 10 einen Primärantrieb
in Form eines Verbrennungsmotors 12. Der Motor 12 ist
ein Verbrennungsmotor und enthält
eine Kurbelwelle 14, die ausgelegt ist, einen Generator 16 mit
Hilfe eines Antriebsriemens 18 anzutreiben. Der Generator 16 liegt in
Form einer Dreiphasen-Lichtmaschine vor und enthält einen Regler/Gleichrichter 20.
Der Regler/Gleichrichter 20 steuert das Laden einer nicht
gezeigten Speicherungsbatterie und enthält auch eine Meßeinheit 22 und
eine Datenverarbeitungseinheit 24.
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Die
Meßeinheit 22 ist
ausgelegt, an die Datenverarbeitungseinheit 24 ein Signal
zu schicken, das die im wesentlichen momentane Phasenbeziehung der
drei Phasen ("Phasenimpuls") darstellt. Die Meßeinheit 22 liefert
auch ein Signal, das die Generatorausgangsspannung ("Generatorausgang") darstellt.
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Das
Generatorausgangssignal enthält
zwei Teile. Ein Teil ist eine DC-Komponente, die die mittlere Generatorausgangsspannung
darstellt. Die andere Komponente ist eine AC-Komponente, die die gleichgerichtete
Echtzeit-Generatorausgangsspannung darstellt.
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Die
Datenverarbeitungseinheit 24 enthält einen anwendungsspezifischen
integrierten Schaltkreis (ASIC – application
specific integrated circuit) und empfängt weitere Informationen in
Form einer Eingabe eines Synchronisationsimpulses ("Sync-Impuls") von einem Motormanagementsystem
(EMS) 26. Der ASIC verarbeitet diese Eingaben "Phasenimpuls", "Generatorausgang", "Sync-Impuls" insbesondere gemäß dem Flußdiagramm
von 2 und liefert zwei Signale an das EMS 26.
Eines dieser Signale zeigt den Generatorausgangsstrom an, und das andere
Signal zeigt die durch den Generator 16 von dem Motor 12 abgenommene
mechanische Leistung an, zum Beispiel an seiner Antriebsscheibe
(nicht separat gezeigt).
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Die
Informationen über "Sync-Impuls", "Generatorstrom" und "durch den Generator
abgenommene mechanische Leistung" werden
zwischen der Datenverarbeitungseinheit 24 und dem EMS 26 mit Hilfe
einer digitalen Schnittstelle 28 ausgetauscht.
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Die
Ableitung des Generatorstroms und der durch den Generator 16 abgenommenen
mechanischen Leistung wird nun ausführlicher beschrieben.
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In 3 ist
die komplexe Wellenform der vollständig gleichgerichteten Echtzeit-Generatorausgangsspannung
entlang der mittleren Generatorspannung aufgetragen zu sehen.
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Die
mittlere Generatorausgangsspannung (DC-Komponente) wird durch ein
Tiefpaßfilter
in die Datenverarbeitungseinheit 24 gespeist. Die AC-Komponente
wird eine "Spitzenwert-Halte-Negativ-Schaltung" in die Datenverarbeitungseinheit 24 eingespeist.
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Wenn
anfänglich
eine elektrische Last an den Generator 16 angeschlossen
wird, fällt
seine Echtzeitausgangsspannung (AC-Komponente) ab, und die negative
Spannungsspitze wird erfaßt
und in der "Spitzenwert-Halte-Negativ"-Schaltung gehalten. Der
negativen Spitze wird ein Wert Uw zugeordnet, der die Differenz
zwischen dem in der Spitzenwert-Halte-Schaltung erfaßten Pegel
der negativen Spitze und der mittleren Generatorausgangsspannung
(DC-Komponente) darstellt. In dem Beispiel von 3 beträgt der negative
Spitzenwert Uw 180 mV.
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Der
ASIC vergleicht den negativen Spitzenwert Uw mit der Generatordrehzahl
Gn, die selbst erhalten wird durch Kombinieren der Zeitsteuerinformationen
von Generatorpolpaaren (nicht separat gezeigt, aber durch das "Phasenimpuls"-Signal dargestellt)
und dem von dem EMS 26 über
die digitale Schnittstelle 28 an den ASIC gelieferten Synchronisationssignal "Sync-Impuls". Der im wesentlichen momentane
Generatorstrom kann dann aus einer einzelnen Speicherkarte erhalten
werden, wie in 4 dargestellt.
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Nachdem
die mittlere Generatorausgangsspannung und der im wesentlichen momentane
Generatorstrom bekannt sind, berechnet der ASIC die durch den Generator 16 entwickelte
im wesentlichen momentane elektrische Leistung.
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Der
ASIC leitet auch ein Maß der
Generatoreffizienz ab unter Berücksichtigung
der gemessenen Generatordrehzahl Gn und des Generatorstroms. Die
Generatoreffizienz wird mit der von dem Generator 16 entwickelten
elektrischen Leistung (z. B. in kW) kombiniert, um das Signal zu
erzeugen, das die vom Generator abgenommene mechanische Leistung
(z. B. ebenfalls in kW) darstellt.
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Das
EMS 26 ist ausgelegt, die im wesentlichen momentane mechanische
Last abzuleiten, die von dem Generator 16 der Kurbelwelle 14 auferlegt wird.
Diese mechanische Kurbelwellenlast (z. B. in Nanometer) wird von
dem EMS 26 aus der von dem Generator 16 an seiner
Scheibe abgenommenen mechanischen Leistung (Scheibenleistung) abgeleitet.
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Um
die durch den Generator 16 von der Kurbelwelle 14 abgenommene
mechanische Leistung abzuleiten, erhält das EMS 26 ein
Signal, das die im wesentlichen momentane Motordrehzahl darstellt und
dividiert die Scheibenleistung durch dieses Motordrehzahlsignal.
Das EMS 26 enthält
auch einen Faktor zum Berücksichtigen
der Effizienz des Riemenantriebs 18.
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Das
EMS 26 ist ausgelegt, die Scheibenleistung in einen Drehmomentwert
umzuwandeln. Das EMS 26 ändert dann gegebenenfalls die
Leistungsabgabe (z. B. eine Drehmomentstrategie) des Motors 12 ab,
um diesen Drehmomentwert zu kompensieren. An der Leistungsabgabe
des Motors 12 auf diese Weise vorgenommene Änderungen
könnten
beispielsweise Teil einer Motorleerlaufdrehzahlsteuerstrategie oder
Teil einer Lastausbalancierungsstrategie sein.
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Weil
das EMS 26 über
die digitale Schnittstelle 28 ein Signal erhält, das
die durch den Generator 16 abgenommene mechanische Leistung
darstellt, muß das
EMS 26 mit nur einer Karte versehen sein, um die Leistungsabgabe
des Motors 12 so zu ändern,
daß die
der Kurbelwelle 14 durch den Generator 16 auferlegte
Last kompensiert wird. Dadurch kann das EMS 26 eine Generatorbelastung
der Kurbelwelle 14 kompensieren und dadurch die Wahrscheinlichkeit
für ein
wahrnehmbares Absacken der Motordrehzahl reduzieren. Dies ist besonders
vorteilhaft bei Leerlaufdrehzahlen, bei denen unter Verwendung der
vorliegenden Erfindung selbst recht schwache elektrische Lasten
in der Motordrehmomentstrategie berücksichtigt werden können.
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Weil
das EMS 26 ein Signal erhält, das die durch den Generator 16 abgenommene
mechanische Leistung darstellt, braucht das EMS 26 nicht
die spezifischen Charakteristiken zu berücksichtigen, die dem eingebauten
jeweiligen Generator 16 zu eigen sind, oder Parameter,
die von seinem Einbau abhängen
(z. B. Verhältnis
Antriebsriemen zu Generatorscheibe). Dies bedeutet, daß mit einem
gewöhnlichen
EMS 26 verschiedene Generatoren verwendet werden können. Somit
ist ersichtlich, daß ein
Vorzug der Erfindung ein einfacheres Motortuning ist, als dies möglich wäre, wenn
ein anderes Drehmomentmodell für
jeden Generator oder jede Installation verwendet werden müßte.