DE10041015A1

DE10041015A1 - Verfahren zur Regelung der Leistung eines elektrischen Generators eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE10041015A1
Application number: DE10041015A
Authority: DE
Inventors: Axel Nix
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2002-03-07

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Leistung eines elektrischen Generators (3) eines Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit von sensorisch ermittelten Betriebszuständen des Kraftfahrzeuges, wobei eine Ausgangsspannung des Generators (3) in Abhängigkeit von ermittelten Geschwindigkeits-Zeit-Profilen des Kraftfahrzeuges geregelt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Ausgangsspannung eines Generators eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur elektrischen Energieversorgung eines Kraft fahrzeugs werden Generatoren eingesetzt, die vom Motor des Fahrzeugs angetrieben werden. Diese Generatoren sind üblicherweise Drehstromgeneratoren mit einer Erregerwick lung, die von einem Erregerstrom durchflossen wird, wobei ein Spannungsregler den Erregerstrom so regelt, dass die Ausgangsspannung des Generators im Wesentlichen konstant und etwas höher als die Nennspannung der zu ladenden Bat terie ist. Da die chemischen Eigenschaften und damit die optimale Ladespannung der Batterie temperaturabhängig sind, wird die Generatorausgangsspannung anhand einer Ge neratorkennlinie temperaturabhängig eingestellt. So liegt die Generatorspannung bei niedrigen Temperaturen etwas höher, um die Batterieladung im Winter zu verbessern. Bei hohen Temperaturen ist die Generatorspannung niedriger, um eine Überladung der Batterie zu verhindern.

Für die Versorgung elektrischer Verbraucher bei ausgeschaltetem Motor dient die Batterie als Energiespei cher. Auch bei laufendem Motor und eingeschaltetem Gene rator wird die Batterie zur Abdeckung von Lastspitzen verwendet. Insbesondere im Leerlauf des Motors werden aufgrund der dann geringen Ausgangsleistung des Genera tors elektrische Verbraucher teilweise aus der Batterie betrieben, bei höheren Motordrehzahlen wird die Batterie dann sofort wieder geladen. Der Generator ist so bemes sen, dass die Ladebilanz des Fahrzeugs im Mittel ausge glichen ist, die Batterie also immer wieder geladen wird. Während des Fahrbetriebs wird eine Vollladung der Batte rie angestrebt.

Auch wenn der Betrieb des Generators auf Dauer für die Funktion des Fahrzeugs unabdingbar ist, wird doch aufgrund des damit verbundenen Bremsmoments und einherge henden Mehrverbrauchs des Motors die zeitweise Abschal tung oder zumindest Leistungsreduzierung des Generators vorgesehen. Die Abschaltung oder Leistungsreduzierung ge schieht dabei regelmäßig durch eine Reduzierung des Erre gerstroms und damit Absenkung der Generatorausgangsspan nung. Eine Absenkung der Generatorspannung ist gleichbe deutend mit einer Reduzierung der vom Generator abgegebe nen elektrischen Leistung.

So beschreibt DE 42 22 072 C1 eine Steuerein richtung, die erkennt, ob sich der Motor in der Start phase befindet, um während dieser den Generator abzu schalten und kein zusätzliches Bremsmoment während des Startvorgangs zu erzeugen.

DE 40 42 347 A1 beschreibt eine Absenkung der vom Generator abgegebenen Leistung, solange die Brenn kraftmaschine noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht hat, um einen unrunden Lauf der Brennkraftmaschine zu vermeiden.

DE 197 48 421 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung der Abgasemission einer Brennkraftmaschine durch Reduzierung der Leistung des Generators, solange der Abgaskatalysator noch nicht seine Betriebstemperatur erreicht hat.

Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren nach DE 43 07 907 A1, bei dem die Regelung der Generatorleistung in Abhängigkeit von Betriebszustän den des Fahrzeugs erfolgt, wobei die Generatorleistung beim Beschleunigen des Fahrzeugs erniedrigt und beim Ab bremsen des Fahrzeugs erhöht werden soll.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, bei dem eine Verlagerung unvermeidbarer Abgas emissionen von besonders belasteten Innenstädten in weni ger belastete außerstädtische Bereiche erfolgt. Dies ist insoweit wünschenswert, als Schadstoffemissionen in In nenstädten durch

- eine große Konzentration von Fahrzeugen auf en gem Raum,
- hohe Wohndichte und damit einhergehende Belas tung vieler Menschen und
- reduzierten Luftaustausch durch hohe Bebauung

besonders ungünstig sind. Eine Verlagerung des Schad stoffausstoßes in außerstädtische Bereiche ist für die Verbesserung der Lebensqualität in Innenstädten wün schenswert.

Erfindungsgemäß wertet hierzu ein elektroni sches Steuergerät das aktuelle Geschwindigkeits-Zeit-Pro fil des Fahrzeugs aus und erkennt typische Fahrzyklen.

Ein Innenstadtzyklus wird beispielsweise er kannt, wenn
- die maximale Geschwindigkeit des Fahrzeugs über einen längeren Zeitraum unter einem Grenzwert liegt, der beispielsweise bei 50 km/h liegen kann,

- die Anzahl der Fahrzeugstopps pro Zeiteinheit über einem Grenzwert liegt,
- die Durchschnittsgeschwindigkeit in einem Zeit raum unter einem Grenzwert liegt und/oder
- Wechsel der Fahrgeschwindigkeit um beispiels weise mehr als 10 km/h in einem Zeitraum häufi ger vorkommen.

Liegen keine Bedingungen für die Annahme eines Innenstadtzyklus vor, so erkennt das auswertende Steuer gerät das Vorliegen eines Überlandzyklus. Eine Erweite rung der Zyklenerkennung auf mehr als die beschriebenen Innenstadt- und Überlandzyklen ist durch die Auswahl ge eigneter Kriterien bei der Analyse des Geschwindigkeits- Zeit-Profils möglich.

Hat das auswertende Steuergerät einen Innen stadtzyklus erkannt, wird diese Information an den Gene ratorspannungsregler weitergeleitet. Dies kann über einen BUS des Fahrzeugs oder durch eine Signalleitung gesche hen. Der Generatorspannungsregler ist so ausgelegt, dass er in Abhängigkeit des erkannten Fahrzyklus unterschied liche Generatorkennlinien anwendet, wobei bei gleicher Temperatur die Ausgangsspannung des Generators im Innen stadtzyklus unter der Spannung im Überlandzyklus liegt.

Die reduzierte Generatorspannung führt zu einer verrin gerten Leistungsaufnahme des Generators von der Brenn kraftmaschine und damit verringerter Schadstoffemission. Während des Betriebs des Fahrzeugs im Innenstadtzyklus wird die Nichtladung oder sogar Entladung der Batterie in Kauf genommen, eine Vollladung der Batterie nur beim Be trieb des Fahrzeugs im Überlandverkehr angestrebt.

Sofern ein Fahrzeug sowohl im Innenstadt- als auch im Überlandverkehr eingesetzt wird, kann mit diesem Verfahren im Mittel eine ausgewogene Ladebilanz erzielt werden. Da jedoch der Betrieb des Fahrzeugs auch im Über landverkehr nicht garantiert werden kann, ist das be schriebene Verfahren vorteilhaft, um eine Ladezustandsre gelung zu erweitern.

Hierfür wird der aktuelle Ladezustand der Bat terie durch ein elektronisches Steuergerät erfasst. Dies geschieht mit Hilfe eines Algorithmus, der anhand der Batteriespannung bei unbelasteter Batterie, der Batterie spannung bei belasteter Batterie und der Batterietempera tur sowie ggf. weiterer Größen auf den Ladezustand rück schließen kann.

Der aktuelle Ladezustand ist der Ist-Wert eines Ladezustandsreglers, der als Ausgangsgröße dem Generator spannungsregler einen Spannungssollwert vorgibt. Als wei tere Eingangsgröße verwendet der Ladezustandsregler den aktuellen Fahrzyklus. Je nach Fahrzyklus wählt der Lade zustandsregler den Sollwert der Generatorspannung anhand unterschiedlicher Kennlinien aus. Dabei weisen die Kenn linien für Innenstadtverkehr und Überlandverkehr bei be reits entladener Batterie den selben Verlauf auf, bei gut geladener Batterie, d. h. bei einem Ladezustand größer ca. 80% aber gibt die Kennlinie für Innenstadtverkehr einen kleineren Generatorspannungssollwert als die Kenn linie für Überlandverkehr vor. Durch die Verwendung die ses der Generatorspannungsregelung überlagerten Ladezu standsreglers wird sichergestellt, dass auch Fahrzeuge, die ausschließlich im Innenstadtverkehr betrieben werden, jederzeit über eine ausreichende geladene Batterie verfü gen.

Die weitere Beschreibung der Erfindung erfolgt anhand von Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 ein elektrisches Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit der erfindungsge mäßen Fahrzykluserkennung, die auf einen fahrzyklusabhängigen Generator spannungsregler wirkt;

Fig. 2 ein elektrisches Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit der erfindungsge mäßen fahrzyklusabhängigen Generator regelung unter Verwendung eines Lade zustandsreglers, der einen Spannungs sollwert einem Generatorspannungsreg ler mit externer Sollwertvorgabe vorgibt, sowie eine Ladezustandser fassung der Batterie.

Fig. 1 zeigt den einfachsten Fall eines Bord netzes mit fahrzyklusabhängiger Generatorspannungsrege lung. Hierzu analysiert ein an einem BUS angeschlossenes elektronisches Steuergerät 1 das aktuell vorliegende Geschwindigkeits-Zeit-Profil des Fahrzeugs. Die Informa tion über die Fahrzeuggeschwindigkeit kann dabei vom BUS genommen werden. Anhand des Geschwindigkeits-Zeit-Profils entscheidet das Steuergerät 1, ob ein Betrieb des Fahr zeugs im Innenstadtverkehr oder im Überlandverkehr vor liegt, und leitet diese Information über den BUS oder eine Signalleitung an einen Generatorspannungsregler 2 weiter. Diese Information kann dabei die Zustände "Innen stadtverkehrszyklus" oder "Überlandverkehrszyklus" anneh men. Die Auswertung des Geschwindigkeits-Zeit-Profils ge schieht im Steuergerät 1 durch einen geeigneten Software algorithmus, der beispielsweise Maximalgeschwindigkeit, Durchschnittsgeschwindigkeit, Anzahl der Fahrzeugstill stände sowie Anzahl und Art der Beschleunigungsvorgänge in einem Zeitraum auswertet.

Der fahrzyklusabhängige Generatorspannungsreg ler 2 weist zwei unterschiedliche Generatorkennlinien je nach erkanntem Fahrzyklus auf. Bei erkanntem Innenstadt zyklus regelt der Generator durch eine Reduzierung des Stroms in der Erregerwicklung eines Generators 3 dessen Ausgangsspannung auf einen kleineren Wert als im Falle des Überlandverkehrs, bei dem eine höhere Generatorspan nung geregelt wird. Um eine Batterie im Überlandverkehr zu laden, muss die Spannung über der Spannung der Batte rie 4 liegen. Im Innenstadtverkehr kann die Spannung auch unter der Spannung der Batterie 4 liegen. In diesem Fall werden Gleichrichterdioden im Generator 3 in Sperrrich tung betrieben und der Generator 3 ist abgeschaltet.

Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Erweiterung der fahrzyklusabhängigen Generatorregelung um eine Ladezu standsregelung. Hierbei gibt das fahrzykluserkennende Steuergerät 1 seine Information über den Fahrzyklus nicht direkt an den Generatorspannungsregler 2, sondern an ei nen vorgelagerten Ladezustandsregler 5. Dieser bestimmt den Sollwert der Generatorausgangsspannung in Abhängig keit vom erkannten Fahrzyklus und dem aktuellen Ladezu stand der Batterie 4. Beide Informationen können dem La dezustandsregler 5 über den BUS oder Signalleitungen zu geführt werden. Die Funktionen der Steuergeräte 1, 2, 5 und 6 können aber auch ganz oder zu Teilen in nur einem elektronischen Steuergerät integriert werden.

Der Ladezustandsregler 5 weist für die beiden Fahrzyklen "Innenstadtverkehr" und "Überlandverkehr" un terschiedliche Kennlinien auf. Bei geringem Ladezustand der Batterie 4 wird dem Generatorspannungsregler 2 ein hoher Sollwert vorgegeben, um die bereits entladene Bat terie 4 möglichst schnell wieder zu laden. In diesem Be reich, beispielsweise bei einem Ist-Ladezustand der Bat terie 4 kleiner als 80% unterscheidet sich die Sollwert vorgabe des Ladezustandsreglers 5 für die Fahrzyklen nicht voneinander. Der Sollwert ist auf eine möglichst schnelle Ladung der Batterie 4 optimiert. Bei einem Ist- Ladezustand der Batterie 4 größer als ca. 80% laufen die Kennlinien der beiden Fahrzyklen auseinander, bei gut ge ladener Batterie 4 wird im Innenstadtzyklus dem Genera torspannungsregler 2 ein kleinerer Sollwert vorgegeben als im Überlandverkehrszyklus. Die Ist-Erfassung des La dezustands der Batterie 4 geschieht in einem elektroni schen Steuergerät 6, das anhand der Batteriespannung des Stroms I im Bordnetz sowie der Batterietemperatur T den Ladezustand errechnet. Den Strom im Bordnetz kann das Steuergerät 6 auch selbst abschätzen, soweit es anhand der auf dem BUS verfügbaren Informationen verfolgt, wel che Lasten im Fahrzeug eingeschaltet sind.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Leistung eines elektri schen Generators (3) eines Kraftfahrzeuges in Abhän gigkeit von sensorisch ermittelten Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangsspannung des Generators (3) in Abhän gigkeit von ermittelten Geschwindigkeits-Zeit-Profi len des Kraftfahrzeugs geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Geschwindigkeits-Zeit-Profile zumindest zwei typische Fahrzyklen "Innenstadtver kehr" oder "Überlandverkehr" zugeordnet werden und die Generatorausgangsspannung fahrzyklusabhängig ge - regelt wird, derart, dass sie bei "Innenstadtver kehr" geringer ist als bei "Überlandverkehr".

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Geschwindigkeits-Zeit-Profil die fol genden Kriterien zur Erkennung eines Innenstadtzyk lus angewendet werden:
die maximale Geschwindigkeit des Fahrzeugs liegt über einen längeren Zeitraum unter einem Grenz wert, und/oder
die Anzahl der Fahrzeugstopps pro Zeiteinheit liegt über einem Grenzwert, und/oder
die Durchschnittsgeschwindigkeit in einem Zeit raum liegt unter einem Grenzwert, und/oder
Wechsel der Fahrgeschwindigkeit um mehr als 10 km/h kommen in einem Zeitraum häufiger als in einem Grenzwert vorgegeben vor.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Generatoraus gangsspannung zusätzlich in Abhängigkeit von Signa len eines Ladezustandsreglers einer Fahrzeugbatterie (4) erfolgt, derart, dass bei geringer Batteriela dung unabhängig vom ermittelten Geschwindigkeits- Zeit-Profil eine hohe Generatorausgangsspannung zur Aufladung der Batterie (4) eingeregelt wird.