CN107210695B - 在车辆电气系统中控制单独激励的发电机的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于在机动车辆的车辆电气系统（B）中控制单独激励的发电机（G）的激励电压（Uerr）的方法和设备（10；a），在该方法和设备的情况下，激励电压（Uerr）被调整作为发电机（G）的测量输出电压（Ugen）到发电机（G）的预定设定点输出电压（Ugensoll）的控制的一部分。根据本发明，为了甚至在车辆电气系统（B）的功率需求突然且显著改变的情况下实现适用于避免测量输出电压（Ugen）与设定点输出电压（Ugensoll）的更大偏差的发电机（G）的控制，基于对由车辆电气系统（B）提供的至少一个高峰‑负载消耗者（SLl、SL2）的负载需求（h1、h2）的评估检测例外状况，并且在例外状况的情况下执行激励电压（Uerr）的修改调整。
Description
技术领域
本发明涉及在机动车辆的机载电气系统中外部激励的发电机的操作和控制，尤其涉及用于控制该类型的发电机的激励电压的方法和器械，以及还涉及该类型的发电机本身。
背景技术
就机动车辆的机载电气系统中的外部激励的发电机来说，现有技术公开了设定激励电压以用于将发电机的实际输出电压调整到发电机的预定设定点输出电压的目的。
已知用于该目的的器械通常包括：
- 可驱动DC/DC转换器，其由机载电气系统提供，用于生成用于发电机的（可变）激励电压，
- 比较设备，其用于比较发电机的实际输出电压与发电机的预定设定点输出电压，且用于输出偏差信号（作为驱动信号）到DC/DC转换器，以便因此将实际输出电压调整到设定点输出电压。
在本发明的意义内，术语“外部激励的发电机”预期指的是旋转驱动电机，其借助于感应将所供应的机械旋转动力转换成电力，其中，感应所需的磁场通过供应到发电机的激励线圈的电流生成。
在本发明的意义内，术语“激励电压”是在其应用到发电机的激励线圈时驱动激励电流通过激励线圈的电压。
发电机通常通过发电机到机动车辆的内燃机（例如，汽油或柴油发动机）的机械联接被机械旋转地驱动，其中，该内燃机能够例如同时提供旋转动力，其能够直接机械地用于驱动所讨论的机动车辆，或者另外能够例如充当系列混合动力机动车辆的所谓“范围扩展器”，仅仅以便驱动发电机。
在本发明的意义内，术语“（发电机的）输出电压”指的是用于供应机载电气系统的通常整流的电压，其在发电机中引起。在通过电能储存器（诸如例如铅酸可充电电池）缓冲的机载电气系统的情况下，用于发电机的期望设定点输出电压通常对应于所讨论的能量储存器的所谓的充电终止电压（例如，大约14 V）。
在发电机输出电压的上述调整期间，实际输出电压作为控制变量被连续检测，与作为参考变量的预定设定点输出电压比较，且通过设定如所述的激励电压作为将实际输出电压匹配到设定点输出电压的过程的部分被影响。
虽然已知方法和器械非常适用于在机动车辆的电气系统的大多数操作状况中维持期望的机载电气系统电压，但是在由机载电气系统提供的任何“高峰负载消耗者”非常突然地导致显著增加的电功率需求时，可发生发电机输出电压与预定设定点输出电压的不利偏差。在诸如这样的状况中，常规调整通常不能够或太“慢”以致于不能通过如所期望地迅速对应地增加激励电压并因此增加激励电流而满足该增加的功率需求。
在突然连接安全关键系统（诸如例如用于机动车辆的制动器的强制电气操作的系统）时，该问题例如尤其重要，因为机载电气系统电压的下降对在诸如这种情况下的安全关键系统的正常运行有不利的影响。
发明内容
在引言部分中概述的类型的方法和器械的情况下，尤其还在功率需求突然且显著改变的情况下，本发明的一个目的是提供对发电机的控制，其适用于防止实际输出电压与设定点输出电压的相对大的偏差。
根据本发明的第一方面，该目的在引言部分中概述的类型的方法的情况下实现，在于，基于对由机载电气系统提供的至少一个高峰负载消耗者的负载需求的评估，检测例外状况，并且在于，在例外状况的情况下，执行激励电压的修改设定。
在引言部分中概述的类型的器械的情况下，实现该目的，在于，器械包括：评估设备，其用于评估由机载电气系统提供的至少一个高峰负载消耗者的负载需求，和用于检测例外状况；及此外例外控制设备，其用于在例外状况的情况下实施激励电压的修改设定。
在该情况下，术语“负载需求”指的是紧接在所讨论的高峰负载消耗者（例如，电气操作的制动系统）实际上被激活之前可被其利用的信息项，并涉及与所述高峰负载消耗者的激活关联的电功率需求。该类型的负载需求或对应负载需求信号能够以模拟或优选地数字形式（数据信号）通过所讨论的高峰负载消耗者自身（例如，上述制动系统）或通过发起该类型的高峰负载消耗者的连接和断开的设备（例如，用于机动车辆电子器件系统的中央控制设备）生成，且能够输出。
借助于评估至少一个高峰负载消耗者的负载需求，例如基于预定标准，可能能够检测例外状况，其中，通常将发生的调整将太慢以致于不能满足负载需求。然后在该类型的例外状况中可能基于评估结果以修改方式有利地设定激励电压，也就是说不基于所描述的类型的简单调整。
本发明能够因此用于实现，尤其，在机动车辆中的发电机（例如，爪极式发电机）的最佳动态性能情况下的调整方法。
如果多个高峰负载消耗者的负载需求被评估，则在多个高峰负载消耗者的负载需求同时或暂时重叠发生的情况下，能够有利地提供激励电压的修改设定，这考虑了对电力的对应“总需求”。因此，例如，与时间有关的总需求能够通过评估设备被确定（例如，计算出来），且通信到例外控制设备，其中，修改设定的参数（该参数适用于特定情况）能够然后被确定（例如，计算出来）。
在一个实施例中，修改设定不影响例如发电机的恒定预定的设定点输出电压。
在另一实施例中，修改设定适用于预设发电机的暂时改变的、尤其是暂时增加的设定点输出电压，和用于实现通过实际输出电压来跟踪该改变的设定点输出电压。
在一个实施例中，规定负载需求借助于机动车辆的数字总线系统通信，且借助于程序控制的设备评估。
数字总线系统能够例如根据常规标准（诸如例如CAN、Flexray、LIN等）形成。
在该情况下，程序控制的设备具有评估设备的功能，其设置在器械中，用于评估负载需求并用于检测例外状况。
特定高峰负载消耗者的负载需求能够包括例如关于特定（额外）功率需求的时间段以及关于该特定功率需求在该时间段内的数量分布的信息项。特定功率需求能够是常数，或者另外在所述时间段中被定义为与时间有关的需求。
在器械的情况下，通过例外控制设备实施激励电压的修改设定。
根据一个实施例，通过上述程序控制的设备提供例外控制设备的功能。在该情况下，程序控制的设备因此起到用于评估负载需求以及用于实施激励电压的修改设定的功能。
根据一个实施例，规定修改设定提供调整的暂时中断，且替代地，取决于依据评估结果生成的例外控制信号的激励电压的设定。
在器械的情况下，通过例外控制设备生成例外控制信号。
能够以不同方式实现“调整的中断”且替代地实施修改设定。以举例的方式，通过例外控制设备驱动的开关设备能够用于该类型的中断。尤其，开关设备能够包括例如转换开关，其以如下方式布置和驱动，即使得，在例外状况中，通常在控制回路中的特定点处传送的信号被“丢弃”（不传送），且替代地，通过例外控制设备生成的信号在该点处被引入到控制回路中。
根据该方面的一个实施例，例如，规定激励电压的设定（在调整期间提供该设定）本身被维持，但不是基于在发电机的实际输出电压和设定点输出电压之间的比较的结果，而是基于作为对偏差信号的替代的所述例外控制信号。换言之，在该实施例中，通常有效的调整回路在偏差信号被输入到“致动设备”（例如，可驱动DC/DC转换器）中的点处断开，且替代地，为例外情况特别地生成（例如，计算出来）的例外控制信号被输入到所述致动设备中。
在另一实施例中，通过例外控制设备生成的例外控制信号不用作对调整的偏差信号的替代，而是作为用于驱动致动设备的控制信号，该致动设备被特别提供用于例外情况，且其在例外状况中被提供以输出用于发电机的激励电压。换言之，在该实施例中，正常的控制回路在某点处在正常使用的致动设备和发电机之间中断，且在例外情况下特别地生成的激励电压在该点处被应用到发电机。
在激励电压的修改设定的情况下，作为中断调整的替代方式或补充，可能提供控制信号的“混合”，控制信号在控制回路的特定点处通过例外控制设备提供。这能够例如通过布置在该点处的额外节点实现，用于信号（其在控制回路的正常状况中在该点处被传送）到通过例外控制设备在例外状况中生成的控制信号的添加（可能地加权添加）。
根据本发明的第二方面（对于其，本申请人保留要求独立保护的权利），在引言部分中概述的类型的方法的情况下，规定将激励电压设定到负电压值和/或到具有关于机载电气系统电压增大的绝对值的电压值变得可能。
根据该第二方面，在引言部分中概述的类型的器械的情况下，规定DC/DC转换器被设计为允许将激励电压设定到负电压值和/或到具有增大到机载电气系统电压之上的绝对值的电压值。
将激励电压设定到负电压值的能力具有如下优势，流过激励线圈的激励电流能够尤其根据需要迅速减小。
将所述激励电压设定到具有关于机载电气系统电压增大的绝对值的电压值的能力具有如下优势，即，流过激励线圈的激励电流能够尤其迅速地被改变（也就是说，例如，还提高或增大）。
在一个优选实施例中，激励电压能够被设定到负电压值以及设定到具有关于机载电气系统电压增大的绝对值的电压值两者。
最大（正）激励电压的绝对值和/或最小（负）激励电压的绝对值能够例如是机载电气系统电压（额定电压）的绝对值的至少2倍、尤其是至少3倍。
在一个实施例中，用于Uerr的（可能的电压限制）范围扩展到至少+/-20 V，尤其扩展到至少+/-40 V。
根据本发明的第二方面提供的设定激励电压的特定能力能够例如在实际输出电压到预定设定点输出电压的调整（其在“正常状况”中使用）的范围内提供，以便因此有利地在正常操作状况中减少激励电流改变的惯性。
作为替代方式或另外，设定激励电压的该特定能力还能在（根据本发明的第一方面的）激励电压的上述修改设定的范围内提供。
根据本发明的第三方面（对于其，本申请人同样保留要求独立保护的权利），在开始处提及的方法用于在用于操作该发电机的方法的范围内在机动车辆的机载电气系统中控制外部激励的发电机的激励电压，其中，基于对由机载电气系统提供的至少一个高峰负载消耗者的负载需求的评估，检测例外状况，并且其中，在例外状况的情况下，执行通过驱动开关设备（包括一个或多个开关）实现的到发电机的激励线圈的“修改的电流供应”，该激励线圈由能够单独被供应电流的至少两个线圈元件形成。
根据该第三方面，在开始处提及的类型的器械的情况下的特别特征在于，器械包括评估设备并且还包括例外控制器械，所述评估设备用于评估由机载电气系统提供的至少一个高峰负载消耗者的负载需求并用于检测例外状况，所述例外控制器械用于实施到发电机的激励线圈的修改的电流供应，所述激励线圈由能够单独被供应电流（这通过驱动开关设备实现）的至少两个线圈元件形成。
本申请人还保留对于对应发电机（也就是说用于机动车辆的机载电气系统的外部激励的发电机）要求独立保护的权利，该发电机包括由至少两个线圈元件形成的激励线圈，并包括可驱动开关设备，其用于向激励线圈供应根据开关状态修改的可能的电流供应，该激励线圈由能够单独被供应电流的至少两个线圈元件形成。
本发明的第三方面的优势在于“激励线圈”，其用于外部激励，且因此其性能被设计成使得其能够在发电机的操作期间有效地改变。
在发电机中存在的激励线圈由至少两个线圈元件形成。对这些线圈元件“单独供应电流的能力”预期意思是：通过单独线圈元件的电流流动不以由激励电压唯一地限定的方式改变，而是单独（至少两个）电流流动还取决于可驱动开关设备的开关状态。
在该方面的一个示例：如果激励线圈例如由串联连接且具有中心分接头的两个线圈元件形成，则不言而喻，以举例的方式，对电流供应的修改能够通过合适的开关设备实现，其中，电流被供应到两个线圈元件中的仅一个，或者电流被仅供应到另一个线圈元件，或者电流被应用到两个线圈元件（在串联电路中）。如果两个线圈元件的电气性能（尤其，电阻R和电感L）彼此不同，则因此取决于开关设备的驱动，可能在该示例中实现三种不同的“激励线圈配置”并因此三种不同的“电流供应”。
可改变的激励线圈配置的特定优势在于，所谓的激励时间常数能够因此根据要求变化。这将在下文中在示例性实施例的描述中进一步解释。
总之，本发明提供各种方法和器械，在其中，甚至在功率需求突然且显著改变的情况下，仍能够实现通过发电机的实际输出电压对预设设定点输出电压的快速且可靠的“跟踪”。所解释的本发明的三个方面中的每一个均本身能够被使用，或者另外与在此本发明的另外的方面中的至少一个组合使用。
附图说明
下面将参考附图基于示例性实施例进一步描述本发明，其中：
图1示出用于图示对于电能储存器的放电状况在机动车辆的机载电气系统中的能量流动的框图，
图2示出用于图示对于电能储存器的充电状况在机动车辆的机载电气系统中的能量流动的框图，
图3示出曲线图，其用于图示外部激励的发电机的激励电流Ierr随时间t变化的不同曲线，
图4示出根据本发明的一个示例性实施例的用于控制外部激励的发电机的器械的框图，
图5示出根据本发明的另外的示例性实施例的用于控制外部激励的发电机的器械的框图，
图6是常规设计的外部激励的发电机的示意图，
图7是发电机的示意图，其具有修改的构造且能够根据第一变型切换，以及
图8是发电机的示意图，其具有修改的构造且能够根据第二变型切换。
具体实施方式
图1和图2图示本发明基于其的将电能E可靠地供应到机动车辆的机载电气系统B的基本问题。
能够由马达M（例如机动车辆的内燃机）驱动的发电机G以及联接到机载电气系统B用于缓冲的电能储存器（例如，铅-酸可充电电池）bat可用于该能量供应。
在此，发电机G由马达M直接地或借助于增速传动装置旋转驱动。该发电机旋转驱动的旋转速度在图1和图2中通过N表示。
图1图示在该方面不利的操作状况，因为例如由于相对低的旋转速度N，所以能够仅通过从发电机G以及能量储存器bat两者提供电能来输送所需能量E或电力。
然而，图2示出在该方面有利的操作状况，因为由于相对高的旋转速度N，所以由发电机G提供的能量大于机载电气系统B所需要的能量E，使得由发电机G生成的能量或功率的一部分能够用于对电能储存器bat再充电。
发电机G作为外部激励的发电机的设计有利地使得其能够影响在发电机输出处输出的供应电压以及相应地影响由于下述可获得的电功率：除了通过改变旋转速度N，还因为驱动发电机G的激励电流Ierr的激励电压Uerr根据需要被控制。
在该方面，本发明基于用于设定激励电压Uerr的已知方法和器械，为了将发电机G的实际输出电压Ugen调整到发电机G的预定设定点输出电压Ugensoll的目的。
虽然已知的调整方法和调整器械非常适用于在大多数操作状况中调整期望的机载电气系统电压Ugen（在此例如根据电池电压Ubat），但是当机载电气系统B的能量需求发生突然的显著改变时，可存在机载电气系统电压且相应地发电机输出电压Ugen的不利偏差。
在这种情况下，常规调整例如通常太慢，以致于不能避免实际输出电压Ugen与设定点输出电压Ugensoll的非期望偏差。
图3图示通过应用激励电压Uerr到激励线圈来设定激励电流Ierr的基本“惯性”。
在图3中绘制激励电流Ierr关于时间t的两个示例性曲线1和2。
电流曲线1示出一种情况，其中，始于在t = 0时激励电流Ierr = 0，通过应用恒定激励电压Uerr，例如在此额定机载电气系统电压（Uerr = Ubat = 14 V），激励电流Ierr增加。
如果生成激励磁场所需要的激励线圈的电感标记为L，且该激励线圈的无电抗电阻标记为R，则在最终值I0 = Uerr/R处，激励电流Ierr（t）的渐近近似值如已知地产生。
增加的速率能够表征为时间常数τ=L/R。该时间常数τ对应于直到激励电流Ierr已经达到最终值I0的大约63%为止所流逝的那个时间段。
因此，完全在理论上，通过激励电压Uerr在发电机输出电压Ugen的调整范围内的已知设定，时间常数τ防止激励电流Ierr的无延迟改变。对于图3中的电流曲线1，关联时间常数被标记为τ0。
将在下文中进一步更详细地讨论图3中的电流曲线2。
用于控制发电机G和相应地尤其用于控制应用到发电机G的激励电压Uerr的方法和器械的各种示例性实施例将在下文中参考图4到图8更详细地描述，在该方法和器械中，避免了实际输出电压Ugen与设定点输出电压Ugensoll的相对大的偏差，尤其甚至在通过发电机G提供的功率需求突然且显著改变的情况下。
图4示出用于在机动车辆的机载电气系统B中控制外部激励的发电机G的激励电压Uerr的器械10的示例性实施例。
控制过程包括将激励电压Uerr在发电机G的实际输出电压Ugen的调整范围内设定到发电机G的预定设定点输出电压Ugensoll。
器械10包括可驱动的DC/DC转换器12，其由机载电气系统B提供，用于生成用于发电机G的激励电压Uerr。DC/DC转换器12的供应在图4中通过用缓冲-储存机载电气系统B的电池bat的电池电压Ubat供应表示。
在正常情况下，发电机G的输出电压Ugen对应于该电池电压Ubat，且相应地对应于机载电气系统B的“额定电压”。
机载电气系统B在图4中通过框表示，该框在图4的示意图中包含“基本负载消耗者”GL和多个“高峰负载消耗者”，在此以举例的方式标记为SL1和SL2。
基本负载消耗者GL表示所讨论的机动车辆的全部电气消耗者，其各自就其本身而言均具有相对低的功率需求，和/或这些电气消耗者出于操作目的的连接和断开不导致机载电气系统B的总功率需求的突然且同时显著的改变。
然而，在图4中以举例的方式示出的两个高峰负载消耗者SL1、SL2预期表示机载电气系统B中的电气负载，该电气负载中的每一个的连接和断开均导致机载电气系统B的总功率需求的突然且同时显著的改变。
“基本负载消耗者”GL能够通常包括，例如，诸如机载电子器件系统（“机载计算机”）、照明装置（例如，头灯和内部照明系统）、用于通风和控制车辆内部的气候的设备（例如，气候-控制系统控制致动器、座位加热器等）的消耗者。
相比之下，消耗者（诸如例如用于车辆的制动器的强制操作的致动器）能够被分类为“高峰负载消耗者”。
电池bat和相应地发电机G通过机载电气系统B的（当前连接的）消耗者的功率需求“负载”的情况在图4的表征系统中通过在发电机G的输出处示出的虚拟输出电压U'gen考虑，由于电气消耗者GL、SL1、SL2的实际“负载”，所以所述虚拟输出电压减小到实际提供的输出电压Ugen。在图4中的“电路节点”K表示在发电机G的输出处消耗者GL、SL1、SL2的该电压-减小效应（发电机输出的内部电阻-该内部电阻在实践中总是存在-在此被考虑在内）。在该意义上，虚拟输出电压U'gen还可称为（发电机G在没有负载下的）空载电压。
发电机G通过马达M（例如还用于驱动机动车辆的内燃机（例如，汽油或柴油发动机））具体地以旋转速度N旋转驱动，该旋转速度N例如与发动机旋转速度相同或另外（由于传动装置的互连）例如关于所述发动机旋转速度处于固定的传动比。
器械10还包括比较设备14（在此：例如减法节点），用于比较当前发电机输出电压，也就是说实际输出电压Ugen与预定设定点输出电压Ugensoll，且用于输出偏差信号a到DC/DC转换器12的控制输入。在最简单的情况下且如图4所示，偏差信号a形成为差Ugensoll -Ugen。然而，与此不同，偏差信号a也可以以另一种方式形成或定义（只要其表示Ugensoll和Ugen之间的偏差的特性）。
如果偏差信号a指示Ugen小于Ugensoll，则将驱动DC/DC转换器12以输出更高的激励电压Uerr，因此在发电机G中的激励电流Ierr然后也增大，以便输出电压Ugen也增大。
相反，如果偏差信号a指示Ugen大于Ugensoll，则将驱动DC/DC转换器12以输出减小的激励电压Uerr，因此激励电流Ierr然后也下降，以便输出电压Ugen同样下降。
考虑偏差信号a作为用于DC/DC转换器的驱动信号因此导致调整实际输出电压Ugen到设定点输出电压Ugensoll。
在图4的示例中，该调整是比例调整（“P调整器”）。然而，与该示例不同，还能使用更复杂的调整特性。
器械10的特别特征在于其包括评估设备16，用于评估由机载电气系统B提供的（在该示例中两个）高峰负载消耗者SL1和SL2的“负载需求”h1、h2，且基于此，用于检测“例外状况”。
在图4的示例中，每个负载需求h1、h2相应地包括信息项，其可被所讨论的高峰负载消耗者SL1和相应地SL2利用（紧接在其实际上被激活之前），且涉及与所述高峰负载消耗者的激活关联的（额外）电功率需求。
在图4的示例中，该类型的功率需求h1、h2借助于机动车辆的数字总线系统通信到评估设备16，所述评估设备在此具有程序控制的设备的软件实现的功能的形式。
所使用的总线系统可例如是CAN总线、LIN总线或另一合适的总线系统，尤其是根据另一公共标准的总线系统。
通过评估设备16执行的评估的结果（也就是说，例如，对于特定时间段（以h1和相应地h2量化）存在特定额外功率需求（以h1和相应地h2量化）的信息）被通信到器械10的例外控制设备18（就这样，例如，再次借助于借助于总线系统的数字通信，或者例如通过所述程序控制的设备内的内部通信，例外控制设备18在所述程序控制的设备中也被实施为功能）。
在通过评估检测到的例外状况和评估结果的其他信息的情况下，例外控制设备18用来实施“激励电压Uerr的修改设定”。例外状况的检测能够例如基于在预定（相对小的）时间段内超过预定阈值的预期额外功率需求。
因此，由于修改的设定能够有利地采取不同于上述纯粹调整的措施，该措施将在例外情况下所需的功率需求的突然且显著改变考虑在内。
在图4的示例中，激励电压Uerr的修改设定提供调整的暂时中断和取决于例外控制信号s1的激励电压Uerr的设定，该例外控制信号s1根据在先评估的结果通过例外控制设备18生成。为此目的，如在图4中通过虚线动作箭头表示的例外控制设备18以如下方式驱动开关S1，即使得，代替通过比较设备14输出的偏差信号a，通过设备18生成的例外控制信号s1在例外状况的时间段内被输出到DC/DC转换器12的控制输入。
器械10的关键优势因此在于：能够借助于部件16、18、S1执行DC/DC转换器12的“预期的”驱动或“先导控制”，这在实践中导致发电机G的动态性能的相当大的改进。
换言之，利用器械10，功率需求的突然且显著改变不导致到Ugen和Ugensoll之间的偏差（该偏差由于功率需求的该改变产生）的“反应”，而是通过“先导控制”早在额外功率需求还没有被产生但是差不多立即即将来临的时刻在设定机构中进行干预。
例外控制信号s1优选地以程序控制的方式生成。对于最佳限定和相应地例外控制信号s1的计算，如在图4中所示，当检测到发电机G的（当前）旋转速度N，且通过评估设备16在评估范围内考虑该旋转速度N是有利的。因此，有利地能够“登记”即将来临的负载需求并根据需求调整出所述负载需求。
器械10的另外有利的特别特征在于：DC/DC转换器12被设计为允许根据需求设定激励电压Uerr，甚至设定到负电压值和设定到具有高于机载电气系统电压（对应于电池电压Ubat）的绝对值的电压值。
换言之，DC/DC转换器12被配置为“增速致动器”，其因此允许待生成的输出电压Uerr不仅（按照惯例）在从0 V到值Ubat（例如，14 V）的范围中，更能超出该范围。
在图4的示例中，对于能够生成的激励电压Uerr提供从-60 V到+60 V的范围，其中，电压限制器20被提供用于确保这些限制，也就是说，+60 V的最大正电压值和-60 V的最小负电压值。DC/DC转换器12的输出电压被供应到电压限制器20，以便输送激励电压Uerr（其已经根据需求被相应地限制）到发电机G。
可参考图3额外地解释Uerr的该增加的值范围的优势。在图3中示出的另一个电流曲线2图示使用更大的激励电压Uerr的激励电流Ierr的增大，该增大比在电流曲线1的情况下显著更迅速。为了激励电流Ierr不“过冲”例如固定的、预设的最大激励电流，诸如在此例如I0，激励电压Uerr在马上达到该最大电流之前或当达到该最大电流时将相应地减小。如果将为了达到I0的大约63%所需的该时间段定义为用于电流曲线2的激励时间常数，则这导致激励时间常数从τ0（电流曲线1）到τe（电流曲线2）的（显而易见的）缩短。
在所示的示例中通过电压限制器20实施的电压限制具有如下优势：“调整增益”，利用其在DC/DC转换器12的控制输入处输入的信号（偏差信号a或例外控制信号s1）被转换成在DC/DC转换器12的输出处的对应电压值，还能被选定成如此之高，使得电压限制器20可以说导致电压信号，其否则（在极端状况中）由DC/DC转换器输出。
在实践中，DC/DC转换器12连同电压限制器20能够与发电机G的部件（转子、定子）在结构上组合。作为替代方式，部件12、20还能与发电机G分离地提供。
作为替代方式或另外，在本发明的范围内，一个或多个另外的器械部件，例如部件16、18、S1、20也能与发电机G在结构上组合（例如在公共壳体中）。
例如通过软件实现的数学“发电机模型”能够在更复杂的调整的情况下使用，其中，在发电机的区域中的电气和/或磁变量（例如，磁动势、激励电流、旋转速度、内部电阻等）被连续监视并在处理信息时被设备16和/或设备18考虑。
在另外的示例性实施例的以下描述中，相同附图标记用于相同作用的部件，在每种情况下利用增加的小写字母来区分实施例。在该情况下，基本上将仅讨论关于已经描述的一个或多个示例性实施例的不同，且对于其余部分，因此明确地参考先前示例性实施例的描述。
图5示出根据另外的示例性实施例的器械10a。
相比器械10，器械10a，出于在检测的例外状况中修改设定激励电压Uerr的目的，包括可驱动DC/DC转换器30a，其出于该目的特别地被提供且其被电池电压Ubat供应，且其在控制输入处，从例外控制设备18a接收例外控制信号s2。根据例外控制信号s2，DC/DC转换器30a在其输出处生成例外状况所需的激励电压Uerr。该激励电压Uerr然后通过切换开关S2（这同样地通过例外控制设备18a执行）传递到发电机G。因此，在切换开关S2之后，发电机G不再从DC/DC转换器12a（其用于正常状况且具有在下游处连接的电压限制器20a）而是从DC/DC转换器30a（其出于该目的特别地被提供）接收激励电压Uerr。
甚至在图5中图示的器械10a的情况下，尤其可被提供的DC/DC转换器12a和电压限制器20a还能够有利地与发电机G在结构上组合。作为替代方式或另外，例如，在图5中示出的类型的实施例的情况下，有利地能够例如在模块化“例外控制器”中在结构上组合部件16a、18a、30a和可能地S2，“例外控制器”再次能够分离地布置且能够首先连接到一个或多个高峰负载消耗者，并且其次连接到开关S2并相应地连接到发电机G，用于实现在图5中图示的配置。作为该类型的例外控制器的分离布置的替代方式，可能例如在结构上组合部件16a、18a、30a和S2与发电机G（例如，在公共壳体内）。如果仅存在一个单一高峰负载消耗者，则还可能作为替代方式，提供在结构上与所述高峰负载消耗者组合的部件16a、18a、30a（及不那么优选地开关S2）。
在脱离根据图4和图5的示例性实施例时，其中，针对正常状况提供的调整最终在例外状况中在每种情况下通过（开关S1或S2的）切换操作完全暂停，这些示例性实施例还可被修改，使得对于正常状况有效的控制回路也在例外状况中保持有效，其中然而，在例外状况中，通过例外控制设备18或18a输出的例外驱动信号在所讨论的控制回路中在合适的点处被“混合”。在根据图4和图5的示例中，出于该目的，可相应地提供实施该混合的额加节点来代替开关S1和相应地S2。
图6示意性地示出常规发电机G的设计，如能够在在此描述的控制器械和控制方法中使用的。
在图6的示例中，激励电压Uerr被应用到发电机G的连接L1、L2，且借助于滑环（未示出）传输到激励线圈40b的对应连接L1、L2，激励线圈40b在发电机G的操作期间以旋转速度N旋转。激励电压Uerr因此产生通过激励线圈40b的对应激励电流Ierr，且由于该激励线圈40b的旋转，产生旋转磁场。
环绕旋转的激励线圈40b或转子的定子42b包含多个感应线圈，其绕组通过44b示意性地示出。以在每种情况下相互成角度偏置120°的该类型的三个感应线圈在所示的示例中提供，以便旋转磁场用于感应三相AC电压，其因感应线圈的对应互连而产生。该三相AC电压借助于整流器46b转换成DC电压Ugen（其为DC机载电气系统所需）。
在图6中图示的类型的发电机G（例如，所谓的爪极式发电机）能够例如被提供为在根据图4（器械10）和图5（器械10a）的示例中使用的发电机G。
图7示出根据另外的示例性实施例的发电机G。
该发电机G的特别特征在于形成包括互连（在此：串联电路）的多个（在此：两个）单独线圈40c-1、40c-2的激励线圈40c，其中，多于两个（在此：三个）的激励线圈连接L1、L2和L3借助于转子上的滑环（未示出）电气连接到对应静止的外部连接L1、L2和L3，并且其中，单独线圈40c-1和40c-2的互连电路和被引出的连接L1、L2和L3以如下方式提供，即使得，电流能够以选择性可修改的方式通过驱动开关设备（在此转换开关S3）被供应到由单独线圈40c-1、40c-2形成的激励线圈40c。
在图7的示例性实施例中，线圈连接L2形成串联电路（其由单独线圈40c-1、40c-2形成）的中心分接头。因此，到激励线圈40c的电流供应能够通过开关S3以如下方式修改，即使得，在第一开关状态中，激励电压Uerr被应用到连接L1和L2，以便电流仅被供应到单独线圈40c-1。相比之下，在已经切换开关S3之后，能够实现第二开关状态，其中，激励电压Uerr被应用到连接L1和L3，以便电流被同时供应到单独线圈40c-1、40c-2两者。
带有诸如例如激励线圈40c的激励线圈（其由多个单独线圈制成）的发电机G的优势在于电气性能，尤其所得到的电感L以及所得到的无电抗电阻R能够甚至在发电机G的操作期间通过驱动所讨论的开关设备（在此例如开关S3）变化。
鉴于激励时间常数τ取决于激励线圈的这些电气性能的事实，有利地能够在单独线圈及其互连的合适设计给予的不同激励时间常数之间切换。在串联布置的两个单独线圈40c-1、40c-2的当前示例中，适合于该目的的设计在于这些单独线圈不关于彼此相同地设计。
在本发明的范围内，在图7中图示的类型的发电机G能够有利地结合控制方法及相应地已经描述的类型的控制器械操作。在该情况下，控制方法或控制器械仅仅修改到如下效果，即，在例外状况的情况下（或者由于例外控制设备），所述开关设备的驱动能够被额外地实施用于修改电流的供应的目的。
在图7中图示的发电机G能够因此尤其例如在器械10（图4）和10a（图5）中被提供为在那里被驱动的发电机G，其中，在该情况下，例外控制设备18或18a额外地实施开关S3的驱动。用于驱动特定开关状态的对应标准能够通过例外控制设备18或18a以程序控制的方式应用。
图8示出根据另外的示例性实施例的发电机G。
类似于已经参考图7描述的发电机G，根据图8的发电机G也具有激励线圈40d，其由包括两个单独线圈40d-1、40d-2的串联电路形成，其中，再次引出用于应用激励电压Uerr的中心分接头L2和两个外部连接L1、L3。
然而，开关设备被不同地设计，在图8的发电机G的情况下，所述开关设备不仅由一个开关形成，而是由三个开关S4、S5和S6形成。
在该开关设备的情况下，激励电压Uerr被应用到连接L1和L3，其中然而，在连接L3和L2之间及相应地在连接L1和L2之间的低-阻抗连接能够借助于开关S4和S5选择性地产生，以便使关联的单独线圈40d-2及相应地40d-1“无效”。因此，利用这两个开关S4、S5，对应于三个修改电流供应变型的三个不同开关状态已经是可能的，具体地：电流供应到第一单独线圈40d-1、电流供应到第二单独线圈40d-2以及电流供应到单独线圈40d-1和40d-2二者（另外，其中S4和S5将关闭的第四开关状态是不利的）。
能够借助于开关S6提供另外的开关状态，在该情况下，单独线圈40d-1与无电抗电阻器R6并行连接。
与图8不同，还将可能例如在连接L2和L3之间提供包括开关和无电抗电阻器的另外的串联电路，以便实现另外的开关状态。此外，在本发明的范围内，当开关设备（作为无电抗电阻器和单独线圈的可驱动并联电路的替代方式或补充）允许包括无电抗电阻器和至少一个单独线圈的可驱动串联电路的选项时（为此目的，能够在至少一个“连接供应”中，也就是说在图8中例如在L1、L2和L3处的连接线上提供包括无电抗电阻器和可驱动的开关的并联电路，以便，在打开开关时，无电抗电阻器有效，并且当关闭开关时，所述电阻器利用低阻抗桥接），可能是有利的。此外，在本发明的范围内在该类型的开关设备的情况下，可能能够将可驱动开关（也就是说，可能甚至在没有并联连接的电阻器的情况下）插入到连接线中，例如以便因此允许到一个或多个相关单独线圈的激励电压供应的尤其快速的“断开”。
根据图8的发电机G也能结合控制方法及相应地上文中描述的类型的控制器械操作。在借助于器械10（图4）或10a（图5）的操作期间，将仅需要使所讨论的例外控制设备18或18a设计为也驱动开关S4、S5和S6。
Claims (6)
1.一种用于在机动车辆的机载电气系统（B）中控制外部激励的发电机（G）的激励电压（Uerr）的方法，包括在调整所述发电机（G）的实际输出电压（Ugen）到所述发电机（G）的预定设定点输出电压（Ugensoll）的范围内设定所述激励电压（Uerr），
其特征在于，基于紧接在由所述机载电气系统（B）提供的至少一个高峰负载消耗者（SL1、SL2）被激活之前对所述至少一个高峰负载消耗者（SL1、SL2）的负载需求（h1、h2）的评估，检测例外状况，并且，在例外状况的情况下，在所述至少一个高峰负载消耗者（SL1、SL2）的负载需求还没有被产生但是立即即将来临的时刻执行所述激励电压（Uerr）的修改设定。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述负载需求（h1、h2）借助于所述机动车辆的数字总线系统通信，且借助于程序控制的设备（16）评估。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述修改设定提供调整的暂时中断和所述激励电压（Uerr）的取决于例外控制信号（s1；s2）的设定，所述例外控制信号（s1；s2）取决于所述评估的结果生成。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，能够将所述激励电压（Uerr）设定到负电压值和/或到下述电压值，该电压值具有关于所述机载电气系统电压（Ubat）增大的绝对值。
5.一种用于在机动车辆的机载电气系统（B）中操作外部激励的发电机（G）的方法，包括根据前述权利要求中的任一项所述的用于在机动车辆的机载电气系统（B）中控制外部激励的发电机（G）的激励电压（Uerr）的方法，
其特征在于，基于紧接在由所述机载电气系统（B）提供的至少一个高峰负载消耗者（SL1、SL2）被激活之前对所述至少一个高峰负载消耗者（SL1、SL2）的负载需求（h1、h2）的评估，检测例外状况，并且其中，在例外状况的情况下，在所述至少一个高峰负载消耗者（SL1、SL2）的负载需求还没有被产生但是立即即将来临的时刻执行到所述发电机（G）的激励线圈（40c；40d）的修改的电流供应，所述修改的电流供应通过驱动开关设备（S1；S2）实现，所述激励线圈（40c；40d）由能够单独被供应电流的至少两个线圈元件（40c-1、40c-2；40d-1、40d-2）形成。
6.一种用于执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法的器械（10；10a），其包括：
- 可驱动DC/DC转换器（12；12a），其由所述机载电气系统（B）提供，用于生成用于所述发电机（G）的激励电压（Uerr），
- 比较设备（14；14a），其用于比较所述发电机（G）的实际输出电压（Ugen）与所述发电机（G）的预定设定点输出电压（Ugensoll），以及用于输出偏差信号（a）到所述DC/DC转换器（12；12a），以便将所述实际输出电压（Ugen）调整到所述设定点输出电压（Ugensoll），
其特征在于
- 所述器械（10；10a）包括评估设备（16；16a）和例外控制设备（18；18a），所述评估设备（16；16a）用于评估紧接在由所述机载电气系统（B）提供的至少一个高峰负载消耗者（SL1、SL2）被激活之前所述至少一个高峰负载消耗者（SL1、SL2）的负载需求（h1、h2）并用于检测例外状况，所述例外控制设备（18；18a）用于在例外状况的情况下，在所述至少一个高峰负载消耗者（SL1、SL2）的负载需求还没有被产生但是立即即将来临的时刻实施所述激励电压（Uerr）的修改设定，或者
- 所述DC/DC转换器（12；12a）被设计为允许将所述激励电压（Uerr）设定到负电压值和/或到下述电压值，该电压值具有关于所述机载电气系统电压（Ubat）增大的绝对值，或者
- 所述器械（10；10a）包括评估设备（16；16a）和例外控制设备（18；18a），所述评估设备（16；16a）用于评估紧接在由所述机载电气系统（B）提供的至少一个高峰负载消耗者（SL1、SL2）被激活之前所述至少一个高峰负载消耗者（SL1、SL2）的负载需求（h1、h2）并用于检测例外状况，所述例外控制设备（18；18a）用于在所述至少一个高峰负载消耗者（SL1、SL2）的负载需求还没有被产生但是立即即将来临的时刻实施修改的电流供应到所述发电机（G）的激励线圈（40c；40d），所述激励线圈由能够单独地被供应电流的至少两个线圈元件（40c-1、40c-2；40d-1、40d-2）形成，所述单独地供应电流通过驱动开关设备（S3；S4-S6）实现。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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