Vorrichtung zur Erkennung von Schlupf eines Antriebsriemens eines von einem Antriebsmotor angetriebenen Generators
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Erkennung von einem Schlupf eines Antriebriemens zwischen einem Generator und dem Antriebsmotor nach der Gattung des Haupt- anspruchs .
Aus der DE 43 25 505 AI ist schon ein elektronisches Steuergerät 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 Kraftstoff erbrauch des Kraftfahrzeugs zu verringern. Bei diesem Steuergerät ist ungünstig, daß lediglich eine Drehzahlanpassung in Abhängigkeit von der Last des angetriebenen 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 angetriebenen 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.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild und die Figuren 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 Figur 1 zeigt zunächst einen Stromlaufplan 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 Übersetzungsverhältnis 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 übertragen 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 Figur 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 Uj-, 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 Motoroder Fahrzeugfunktionen ist, das ohnehin vorhanden ist und das zum eigenen Betrieb bereits mit der Bordnetzspannung Uj-, 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 Figuren 2 und 3 wird im folgenden die Funktionsweise dieser Vorrichtung näher erläutert .
Die Figuren 2a bis 2e zeigen Diagramme von einem Antriebsriemen 4, der über keinen oder nur über einen sehr geringen Schlupf verfügt .
In Figur 3 sind dagegen entsprechende Diagramme a) bis e) dargestellt, bei dem der Antriebsriemen 4 einen deutlichen Schlupf aufweis .
In den Figuren 2a bzw. 3a wird zum Zeitpunkt t]_ (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 Figuren 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 Figur 2e entnehmbar ist, ist das Drehmoment M st, das vom Antriebsmotor 2 aufgebracht wird, durch das Einschalten 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 Figur 3e ist der Anstieg des Drehmoments M st nicht so deutlich erkennbar, da der Generator 1 zwar genauso abgebremst wird wie im Beispiel der Figur 2e, aber wegen des Schlupfs des Antriebsriemens 4 jedoch der Antriebsmotor 2 das erforderliche Drehmoment M sτ_- 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 Uj-, beim Einbzw. Ausschalten vorzugsweise an der Stelle zu messen, an der das Steuergerät für den Motor mit der Vorrichtung 7 angeordnet ist. Die Figuren 2b und 3b zeigen entsprechende Spannungsverläufe der Bordnetzspannung Uj-.. Während im Beispiel ohne rutschenden Antriebsriemen 4 die Bordnetzspannung U^ nur geringe Änderungen zeigt Figur 2b) , ist im Fall der Figur 3b beim Einschalten der elektrischen Last 10 nach dem Zeitpunkt t^ 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 Figur 2b sind ein Maß für den Schlupf des Antriebsriemens 4. Die Figuren 2c und 3c zeigen den Verlauf der Drehzahl n_mot des Antriebsmotors 2. Im Fall der Figur 2c ändert sich die Drehzahl n_mot in Abhängigkeit von der elektrischen Last 10, da kein rutschender Antriebsriemen 4 vorliegt. Im Fall der Figur 3c ist dagegen die Drehzahl n mot konstant .
Die Figuren 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 tatsächlich geschaltete elektrische Last 10 zur Spannungs- änderung der Bordnetzspannung Uj-, beigetragen hat. Generell ist anzumerken, daß der Regler 5 eine Laständerung des Generators 1 durch Erhöhung der Einschaltdauer des Erregerstroms auszuregeln versucht. Bei einer Absenkung der Generatorlast wird die Einschaltdauer entsprechend reduziert. Die Regelung erfolgt dabei so, daß die vorgegebenen Generatorsollspannung erreicht wird. In der Figur 2d ist daher nach dem Ausregeln der elektrischen Last 10 im Zeitbereich t]_ bis t2 das Tastverhältnis konstant (horizontaler Bereich der Kurve) . Im Fall des rutschenden Antriebsriemens 4 ist gemäß der Figur 3d dagegen in dem Zeitbereich t]_ 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 Uj-, 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 Antriebsriemens 4 bestimmen.