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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinheit für einen Fahrzeuggenerator.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Ein Fahrzeuggenerator dient dem Aufladen einer Fahrzeugbatterie und dem Versorgen von elektrischen Komponenten eines Fahrzeugs, wie z. B. einer Fahrzeugzündungsvorrichtung mit elektrischer Leistung. Beleuchtungseinbauten, usw. durch die Fahrzeugbatterie. Der Fahrzeuggenerator ist mit einer Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung zum Steuern der Leistungserzeugung durch den Fahrzeuggenerator versehen, um die Batteriespannung unabhängig von einer Lastvariation in einem vorbestimmten Spannungsbereich zu halten. Eine bekannte Technik zum optimalen Steuern des Fahrzeuggenerators in Abhängigkeit von dem Fahrzustand des Fahrzeugs ist es, einen Steuerwert (z. B. Zielspannung oder Lastverhältnis eines Erregerstroms) welcher den Fahrzustand des Fahrzeugs wiedergibt, von einer externen Vorrichtung (z. B. Steuereinheit des Verbrennungsmotors) an die Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung zu senden.
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Eine Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung, welche eine solche Technik verwendet ist z. B. in der japanischen Offenlegungsschrift
JP H11- 262 299 A offenbart. Diese Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung ist so konfiguriert, daß die Art von Steuerwert, welcher in einem von einer ECU (Steuereinheit des Verbrennungsmotors) gesendeten PWM-Signal enthalten ist, auf der Basis einer Zeitdauer des PWM-Signals zu detektieren, und eine Steuervariable entsprechend einem Tastverhältnis bzw. Lastfaktor des PWM-Signals zu setzten. Da die Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung eine Vielzahl unterschiedlicher Steuerwerte verwendet, ermöglicht dies eine komplexe Steuerung durchzuführen..
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Es ist ebenfalls bekannt, eine solche Steuereinheit zur Leistungserzeugung mit einer Fähigkeit zum Schutz gegen Bruch oder Kurzschluß eines Kabels zu versehen, das zwischen der Steuereinheit zur Leistungserzeugung und der ECU verläuft, wie z. B. in der japanischen Offenlegungsschrift
JP 2000 -
32 680 A offenbart ist. Diese Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung ist so konfiguriert, ihren Steuerbetrieb zu unterbrechen, falls der von der ECU gesendete Steuerwert sich über eine vorbestimmte Zeitdauer nicht ändert, um zu vermeiden, daß es zu einer Fehlfunktion des Fahrzeuggenerators aufgrund eines Bruchs oder eines Kurzschlusses des Kabels kommt.
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Die gegenwärtigen ECUs enthalten im übrigen einen softwarebasierten Prozessor. Da die in diesen ECUs verwendete Software großtechnisch ist, ist es nicht leicht Fehler in der Software vollständig zu entfernen. Falls die Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung ihren Steuerbetrieb entsprechend dem von der ECU gesendeten Steuerwert durchführt, wobei die ECU mit der Software betrieben wird, welche einen Fehler enthält, besteht die Möglichkeit, daß die Ausgabespannung des Fahrzeuggenerators übermäßig hoch ansteigt, wodurch die Fahrzeugbatterie überladen und elektrische Komponenten beschädigt werden, oder die Ausgabespannung des Fahrzeuggenerators übermäßig gering wird, wodurch eine Fehlfunktion der elektrischen Komponenten verursacht wird. Herkömmliche Steuereinheiten für eine Fahrzeugleistungserzeugung einschließlich derer, die in den japanischen Offenlegungsschriften
JP H11- 262 299 A sowie
JP 2000 -
32 680 A offenbart sind, weisen ein Problem dahingehend auf, indem sie gegen einem Softwarefehler keinen Schutz bieten.
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Die
US 2002 / 0 057 074 A1 offenbart eine Schaltung, bei der, wenn ein Transistor eingeschaltet wird, eine vorbestimmte Spannung VCL über einen C-Anschluss an einen Minus-Anschluss eines Spannungskomparators angelegt wird. Eine vorbestimmte Spannung Vd (Vd> VCL) wird an einen Plus-Anschluss des Spannungskomparators angelegt, und ein Ausgang des Spannungskomparators ändert sich von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel. Eine solche Änderung wird durch eine Triggererfassungsschaltung erfasst, um eine Zeitgeberschaltung zu aktivieren, und ein Ausgang der Zeitgeberschaltung geht während einer vorbestimmten Zeit auf den hohen Pegel über. Dadurch wird ein Transistor in einen Ein-Zustand geändert, eine Referenzspannung Vb einer an einen Plus-Anschluss eines Spannungskomparators angelegten Einstellspannung wird im Allgemeinen auf 0 V gesetzt und ein Transistor wird ausgeschaltet, um eine Energieerzeugung vorübergehend auszusetzen Zustand eines Fahrzeuggenerators.
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Die
US 5 617 011 A offenbart ein Verfahren und ein System zum Begrenzen der von einem Generator bereitgestellten Spannung im Falle eines Kurzschlussfehlers eines Reglers oder einer Feldspule in einem Kraftfahrzeug. Die vom Generator gelieferte Spannung wird erfasst und ein entsprechender Spannungspegel erzeugt. Der Spannungspegel wird dann mit einer vorbestimmten Spannungsschwelle verglichen. Wenn der Spannungspegel den vorbestimmten Spannungsschwellenwert überschreitet, wird der High-Side-Feldspulenschalter von der Steuerung getaktet, um die vom Generator gelieferte Spannung zu steuern. Die elektronischen Bauteile des Fahrzeugs sind vor Überspannungsschäden geschützt und die Batterie darf nicht überladen werden.
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Die
US 2003 / 0 015 986 A1 offenbart ein Spannungssteuersystem für einen Fahrzeugstromgenerator, dass eine Empfängereinheit enthält, die Spannungsimpulssignale, die Eigenschaften des Spannungssteuersystems angeben, von einer externen Vorrichtung mit Stabilität empfängt. Die Vorrichtung liest periodisch zwei Zyklen von Vorderflanken oder Hinterflanken oder zwei Perioden von Impulsen mit hohem Pegel oder Impulsen mit niedrigem Pegel. Wenn eine Differenz zwischen den zwei Zyklen oder Perioden innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, wird der angezeigte Wert des vorliegenden Spannungsimpulssignals verwendet, um den Leistungsgenerator zu steuern. Wenn die Differenz außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt, wird stattdessen der angezeigte Wert des gespeicherten vorherigen Impulssignals verwendet.
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Die
US 6 137 247 A offenbart einen Regler für eine in einem Fahrzeug montierte Lichtmaschine, die über eine einzige Signalleitung mit einem in einem Fahrzeug montierten Motorsteuergerät verbunden ist. Das Motorsteuergerät erzeugt seriell mehrere Steuersignale in Form von Impulssignalen. Der Regler enthält eine externe Signalempfängerschaltung, die Perioden der Steuersignale und Tastverhältnisse der Steuersignale erfasst. Steuervariablen des Wechselstromgenerators wie eine Sollspannung und eine allmähliche Erregungsperiode werden durch die erfassten Perioden bestimmt. Steuerwerte der Steuervariablen werden jeweils durch die erfassten Tastverhältnisse bestimmt. Der Regler steuert somit eine Schalteinrichtung, die den Generator anhand der ermittelten Stellgrößen und der Stellgrößen mit Erregerstrom versorgt.
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Weiterer Stand der Technik ist in
JP 2002 -
315 222 A ,
JP 2000 -
32 680 A ,
JP H06- 261 464 A sowie in „INTERNATIONAL RECTIFIER: LIN Controlled Alternator Voltage Regulator IRVR101“, Kalifornien, 2003, S.1 bis 15 (Firmenschrift), offenbart.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung sieht eine Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung vor, welche folgendes enthält:
- eine Erregerschaltung, welche einen Erregerstrom einem Fahrzeuggenerator zuführt; und
- eine Steuerschaltung, welche den Erregerstrom steuert;
- wobei die Steuerschaltung folgendes enthält:
- eine erste Funktion, welche aktiviert wird, wenn ein von außerhalb empfangenes Steuersignal einen ersten Modus zum Steuern des Erregerstroms designiert, so daß eine Ausgabeleistung des Fahrzeuggenerators auf einem durch das Steuersignal angegebenen Wert gehalten wird;
- eine zweite Funktion, welche aktiviert wird, wenn das Steuersignal einen zweiten Modus zum Steuern des Erregerstroms designiert, so daß eine Erzeugungsspannung des Fahrzeuggenerators auf einer Zielspannung gehalten wird, welche durch das Steuersignal angegeben wird; und
- eine dritte Funktion, welche aktiviert wird, wenn das Steuersignal den ersten Modus designiert, um zu überwachen, ob die Erzeugungsspannung in einem vorbestimmten Spannungsbereich ist, und um die erste Funktion zu deaktivieren, um den Erregerstom so zu steuern, daß die Erzeugungsspannung nach einem Detektieren, daß die Erzeugungsspannung außerhalb der vorbestimmten Spannung ist, auf einer voreingestellten Spannung gehalten wird.
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Bei der vorliegenden Erfindung ist es möglich, zu vermeiden, daß die Erzeugungsspannung des Fahrzeuggenerators über den Normspannungsbereich hinaussteigt oder darunter fällt, auch wenn das von einer externen Vorrichtung (z. B. Steuereinheit des Verbrennungsmotors) an die Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung gesendete Steuersignal anormal wird.
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Figurenliste
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Es zeigt:
- 1 ein Diagramm, welches eine Konfiguration eines Steuerssystems für eine Fahrzeugleistungserzeugung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
- 2 eine Tabelle, welche eine Beziehung zwischen Steuermodi der Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung, welche in dem Steuersystem für eine Fahrzeugleistungserzeugung enthalten ist und Frequenzen von einem von der Steuereinheit des Verbrennungsmotors an die Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung gesendeten PWM-Signals zeigt;
- 3 eine Grafik , welche eine Beziehung zwischen der Größe einer Zielspannung und dem Lastfaktor des PWM-Signals in einem Zielspannungs-Angabemodus zeigt;
- 4 einen Schaltplan, welcher eine Steuerschaltung, die in der Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung enthalten ist zeigt;
- 5 ein Wellenformdiagramm zum Beschreiben des Betriebs der Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung, wenn die Frequenz des PWM-Signals geändert wird, um den Steuermodus von dem Zielspannungs-Angabemodus in den Lastverhältnis-Angabemodus zu schalten;
- 6 ein Wellenformdiagramm zum Beschreiben des Betriebs der Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung im Lastverhältnis-Angabemodus, wenn die Erzeugungsspannung im Normspannungsbereich ist;
- 7 ein Wellenformdiagramm zum Beschreiben des Betriebs eines Schutz-Timers, welcher in der Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung enthalten ist, im Lastverhältnis-Angabemodus, wenn die Erzeugungsspannung im Normspannungsbereich ist;
- 8 ein Wellenformdiagramm zum Beschreiben des Betriebs der Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung im Lastverhältnis-Angabemodus, wenn die Erzeugungsspannung über eine Obergrenze des Normspannungsbereichs hinaus steigt;
- 9 ein Wellenformdiagramm zum Beschreiben des Betriebs der Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung im Lastverhältnis-Angabemodus, wenn die Erzeugungsspannung unter eine Untergrenze des Normspannungsbereichs fällt, und
- 10 ein Wellenformdiagramm zum Beschreiben des Betriebs eines Rückstell-Timers, welcher in der Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung enthalten ist, wenn die Steuereinheit für eine Fahrzeugleistungserzeugung von einem Schutz-Modus in den Lastverhältnis-Angabemodus zurückkehrt.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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1 zeigt eine Konfiguration eines Steuersystems für eine Fahrzeugleistungserzeugung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung. Wie in dieser Figur gezeigt enthält das Steuersystem für eine Fahrzeugleistungserzeugung eine Steuereinheit 1 für eine Fahrzeugleistungserzeugung, einen Fahrzeuggenerator 2, eine ECU (Motorsteuereinheit) 3 und eine Batterie 4. Eine elektrische Last 5 ist mit der Batterie 45 parallel verbunden. Der Fahrzeuggenerator 2 wird durch einen Fahrzeugverbrennungsmotor (nicht gezeigt) angetrieben.
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Der Fahrzeuggenerator 2 enthält einen Rotor, welcher eine Erregerwicklung 21 aufweist, einen Stator, welcher eine Dreiphasenstatorwicklung 22 aufweist, und eine Zweiweggleichrichterschaltung 23, welche die Dreiphasenausgabe der Statorwicklung 22 gleichrichtet. Ein Ausgabeanschluß (nicht gezeigt) des Fahrzeuggenerators 2 ist mit der Steuereinheit 1 für eine Fahrzeugleistungserzeugung, der ECU 3 und der Batterie 4 durch eine hochseitige Leitung 50 (englisch: high-side line) verbunden. Die Ausgabeleistung des Fahrzeuggenerators 2 ist durch Steuern des Erregerstroms, welcher durch die Erregerwicklung 21 fließt, einstellbar.
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Die Steuereinheit 1 für eine Fahrzeugleistungserzeugung, welche dazu dient, den Erregerstrom zu steuern, welcher durch die Erregerwicklung 21 fließt, enthält ein MOSFET 100, eine Freilauf-Diode 101 und eine Steuerschaltung 10. Das MOSFET 100 und die Freilauf -Diode 101 bilden eine Erregerschaltung für den Fahrzeuggenerator 2. Das MOSFET 100 und die Erregerwicklung 21 sind zwischen der hochseitigen Leitung 50 und der Masse in Reihe verbunden. Das MOSFET 100 wird durch die Steuerschaltung 10 pulsbreitenmodulations-(pulse width modulation = PWM) gesteuert, um den Erregerstrom, welcher durch die Erregerwicklung 21 fließt, zu steuern. Die zu der Erregerwicklung 21 parallel verbundene Freilauf-Diode 101 dient dazu, einen Strom, welcher durch eine Hochspannung verursacht wird, die in der Erregerwicklung 21 induziert wird, wenn das MOSFET 100 abgeschaltet wird, passieren zu lassen.
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Die ECU 3 enthält eine PWM-Signalausgabeschaltung 30, eine Modus-/Steuerungs-Wert-Bestimmungsschaltung 31 und eine Spannungs-Entscheidungsschaltung 32. Die ECU 3 wird basierend auf Software (Steuerprogramm) betrieben, welche in einem ROM-Speicher oder RAM-Speicher gespeichert ist und durch einen in der ECU 3 enthaltenen Prozessor ausgeführt wird. Die Spannungs-Entscheidungsschaltung 32 entscheidet, ob eine Spannung der hochseitigen Leitung 50 (nachstehend als eine Erzeugungsspannung bezeichnet) innerhalb eines vorbestimmten Normspannungsbereichs ist oder nicht. Die Erzeugungsspannung hängt von der Ausgabespannung des Fahrzeuggenerators 2 und der Spannung der Batterie 4 (nachstehend als Batteriespannung bezeichnet) ab. Die Modus-/Steuerungs-Wert-Entscheidungsschaltung 31 bestimmt entweder vorbestimmte Steuermodi oder einen Steuerwert als Anweisungen, welche an die Steuereinheit 1 für eine Fahrzeugleistungserzeugung gegeben werden sollen auf der Basis von Fahrzeugzustandsinformationen einschließlich einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Motordrehzahl, einem Öffnungswinkel eines Gaspedals, etc. Die PWM-Signal-Steuerschaltung 30 gibt ein PWM-Signal als ein Steuersignal aus, welches eine Frequenz aufweist, die dem bestimmten Steuermodus entspricht, und einen Lastfaktor aufweist, der dem bestimmten Steuerwert entspricht, an eine Steuereinheit 1 für eine Fahrzeugleistungserzeugung aus.
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2 ist eine Tabelle, welche eine Beziehung zwischen den Steuermodi und den Frequenzen des PWM-Signals zeigt. In dieser Ausführungsform enthält der Steuermodus einen Zielspannungs-Angabemodus und einen Lastverhältnis-Angabemodus. Wie in dieser Tabelle gezeigt, ist die Frequenz des PWM-Signals auf 100 Hz gesetzt, um den Zielspannungs-Angabemodus zu designieren. In diesem Zielspannungs-Angabemodus wird die Größe der Zielspannung durch den Lastfaktor des PWM-Signals angegeben. 3 ist eine Grafik, welche eine Beziehung zwischen der Größe der Zielspannung und dem Lastfaktor des PWM-Signals zeigt, wenn der Zielspannungs-Eingabemodus designiert ist. Wie in dieser Grafik gezeigt, erhöht sich in dieser Ausführungsform die angegebene Größe der Zielspannung von 12,5 Volt linear auf 15,5 Volt, wenn der Lastfaktor des PWM-Signals von 0 Prozent auf 100 Prozent erhöht wird.
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Andererseits, um den Lastfaktor-Angabemodus zu designieren, wird die Frequenz des PWM-Signals auf 200 Hz gesetzt. In diesem Lastfaktor-Angabemodus wird der Lastfaktor, bei welchem das MOSFET 100 betrieben wird, durch den Lastfaktor des PWM-Signals angegeben.
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Es ist wünschenswert, dass das Verhältnis der Frequenz des PWM-Signals um den Zielspannungs-Angabemodus zu der Frequenz des PWM-Signals zu designieren, um den Lastfaktor-Angabemodus zu designieren, eine Zweierpotenz ist, um eine digitale Verarbeitung in dem System zu vereinfachen. Es ist möglich ein Impulsfolgesignal anstatt des PWM-Signals zu verwenden, welches Codes enthält, die die Zielspannung und den Steuermodus angeben.
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4 zeigt eine Schaltungskonfiguration der Steuerschaltung 10. Wie in dieser Figur gezeigt, enthält die Steuerschaltung 10 einen Treiber 102, Analogschalter 103, 104, 112, 113, ODER Schaltungen 105, 106, 118, eine Lastfaktor-Detektorschaltung 107, eine Modus-Detektorschaltung 108, einen Spannungskomparator 110, einen Digital-Analog-Wandler (D/A-Wandler) 111, eine high/low (Hoch/Tief-Pegel)-Detektorschaltung 114, eine Lastfaktor-Erzeugungsschaltung 115, einen Flanken-Detektor 116, einen Rückstell-Timer 117, einen Schutz-Timer 119, sowie eine UND-Schaltung 120.
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Der Treiber 102 dient zum Ein/Aus-Steuern des MOSFET 100 in Übereinstimmung mit einem Steuersignal, welches von einem der Analogschalter 103, 104 empfangen wird, welche einen Selektor bilden. Die Lastfaktor-Detektorschaltung 107 dient dem Detektieren des Lastfaktors des PWM-Signals, welches von der ECU 3 geliefert wird, und dem Ausgeben eines digitalen Signals, welches den detektierten Lastfaktor repräsentiert. Die Modus-Detektorschaltung 108 dient dem Detektieren auf der Basis der Frequenz des PWM-Signals, ob der Zielspannungs-Angabemodus oder der Lastverhältnis-Angabemodus designiert ist. Die Ausgabe der Modusdetektorschaltung 108 ist ein High-Signal, wenn diese detektiert, dass der Zielspannungs-Angabemodus designiert ist, während sie ein Low-Signal ist, wenn diese detektiert, dass der Lastverhältnis-Angabemodus designiert ist. Die Low/High-Detektorschaltung 114 dient dem Detektieren, ob ein Vergleichssignal, welches von dem Spannungskomparator 110 ausgegeben wird, einen Low-Level-Zustand oder einen High-Level-Zustand aufweist. Die Lastfaktor-Erzeugungsschaltung 115 gibt ein digitales Signals aus, welches 100% Lastfaktor repräsentiert, wenn diese detektiert, dass das Vergleichssignal einen Low-Level-Zustand aufweist, während sie ein digitales Signal ausgibt, welches 0% Lastfaktor repräsentiert, wenn diese detektiert, dass das Vergleichssignal einen High-Level-Zustand aufweist. Die Flanken-Detektorschaltung 116 detektiert eine Flanke des Vergleichssignals, welche erscheint, wenn sich das Vergleichssignal von dem Low-Level-Zustand in den High-Level-Zustand und umgekehrt ändert, und gibt jedesmal ein Low-Level-Impulssignal aus, wenn diese die Flanke detektiert. Der Schutz-Timer 119, welcher ein Hoch-Zähler sein kann, nimmt den Hochzählbetrieb nach Empfang des Low-Level-Impulssignals auf, und wenn der Zählwert auf einen vorbestimmten Wert zugenommen hat, ändert dieser dessen Ausgabe von dem Low-Level-Zustand in den High-Level-Zustand. Der Rückstell-Timer 117, welcher ein Herunter-Zähler sein kann, nimmt den Herunterzählbetrieb nach Empfang eines High-Level-Signals von der UND-Schaltung 120 auf, und wenn der Zählwert auf einen vorbestimmten Wert abgenommen hat, ändert dieser seine Ausgabe von dem High-Level-Zustand in den Low-Level-Zustand.
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Im folgenden wird der Betrieb der Steuereinheit 1 für eine Fahrzeugleistungserzeugung beschrieben.
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Zielspannungs- Angabemodus
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In einem Fall, in welchem die Frequenz des PWM-Signals 100 Hz beträgt, d. h. wenn der Zielspannungs-Angabemodus designiert ist, liefert die Modus-Detektorschaltung 108 ein High-Level-Signal an die ODER-Schaltungen 105, 106 und die Analogschalter 112, 113. In diesem Fall empfängt der Treiber 102 ein Signal, welches durch den Analogschalter 104 als Steuersignal passiert, da die ODER-Schaltung 105 ein High-Level-Signal an den Umkehr-Steueranschluss des Analogschalters 103 anlegt, und die ODER-Schaltung 106 ein High-Level-Signal an den Nicht-Umkehr-Steueranschluss des Analogschalters 104 anlegt.
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In diesem Fall empfängt der Digital/Analog-Wandler 111 ebenfalls das digitale Signal, welches den Lastfaktor des PWM-Signals repräsentiert, das von der Lastfaktor-Detektorschaltung 107 ausgegeben wird und durch den Analogschalter 112 passiert, da an den Analogschalter 112 das High-Level-Signal an dessen Nicht-Umkehr-Steueranschluss angelegt wird, während an den Analogschalter 113 das High-Level-Signal an dessen Umkehr-Steueranschluss angelegt wird. Der Digital/Analog-Wandler 111 wandelt dieses digitale Signal in die Zielspannung entsprechend der in der Grafik der 3 gezeigten Umwandlungscharakteristik um.
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Der Spannungskomparator 110 vergleicht die von dem Digital/Analog-Wandler 111 ausgegebene Zielspannung mit der Erzeugungsspannung (die Spannung der hochseitigen Leitung 50). Das MOSFET 100 wird entsprechend der Vergleichsergebnisse ein/aus-gesteuert. Wenn die Erzeugungsspannung insbesondere geringer als die Zielspannung ist, gibt der Spannungskomparator 110 ein High-Level-Signal aus. Dieses High-Level-Signal wird in den Treiber 102 als das Ansteuersignal durch den Analogschalter 104 eingegeben, infolge dessen das MOSFET 100 eingeschaltet wird (d. h. das MOSFET 100 wird leitend), um zu ermöglichen, dass der Erregerstrom durch die Erregerwicklung 21 fließt, um dadurch die Ausgabespannung des Fahrzeuggenerators 2 zu erhöhen. Wenn die Erzeugungsspannung andererseits höher als die Zielspannung ist, gibt der Spannungskomparator 110 ein Low-Level-Signal aus. Dieses Low-Level-Signal wird in den Treiber 102 durch den Analogschalter 104 als das Ansteuersignal eingegeben, infolge dessen das MOSFET ausgeschaltet wird, um zu verhindern, dass der Erregerstrom durch die Erregerwicklung 21 fließt, um dadurch die Ausgabespannung des Fahrzeuggenerators zu senken. Die Erzeugungsspannung (Batteriespannung) wird somit an der Zielspannung gesteuert, welche durch den Lastfaktor des von der ECU 3 gesendeten PWM-Signals repräsentiert wird.
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Lastverhältnis-Angabemodus
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In einem Fall, in welchem die Frequenz des PWM-Signals 200 Hz beträgt, d. h. wenn der Lastverhältnis-Angabemodus designiert ist, liefert die Modus-Detektorschaltung 108 ein Low-Level-Signal an die ODER-Schaltungen 105, 106 und die Analogschalter 112, 113. In diesem Fall empfängt der Treiber 102 das PWM-Signal, welches durch den Analogschalter 103 passiert, als das Steuersignal, da die ODER-Schaltung 105 ein Low-Level-Signal an den Umkehrsteueranschluss des Analogschalters 103 anlegt, und die ODER-Schaltung 106 ein Low-Level-Signal an den Nicht-Umkehrsteueranschluss des Analogschalters 104 anlegt. Das MOSFET 100 wird entsprechend ein/aus-gesteuert, wobei das Lastverhältnis durch den Lastfaktor des PWM-Signals repräsentiert wird, welches von der ECU 3 gesendet wird, um dadurch die Ausgabeleistung des Fahrzeuggenerators 2 zu steuern.
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Im folgenden wird der Betrieb der Steuereinheit 1 für eine Fahrzeugleistungserzeugung mit Bezug auf 5 erklärt, wenn die Frequenz des PWM-Signals geschaltet wird. Es wird hierbei angenommen, dass die Modus-Detektorschaltung 108 einen Zyklus des PWM-Signals zum Detektieren der Frequenz des PWM-Signals benötigt. Wie in 5 gezeigt gibt die Modus-Detektorschaltung 108 das High-Level-Signal aus, während die Frequenz des PWM-Signals 100 Hz beträgt (während der Zielspannungs-Angabemodus designiert ist), sodass der Treiber 102 durch den Analogschalter 104 das von dem Spannungsgenerator 110 als das Steuersignal ausgegebene Vergleichssignal empfängt. Wenn die Frequenz des PWM-Signals zum Zeitpunkt t1 auf 200 Hz geschaltet wird (wenn der Lastverhältnis-Angabemodus designiert ist), detektiert die Modus-Detektorschaltung 108, dass die Frequenz des PWM-Signals am Ende des ersten Zyklus des PWM-Signals (Zeitpunkt t2) nach diesem Frequenzschalten auf 200 Hz geändert wurde, und gibt das Low-Level-Signal vom nächsten Zyklus an aus, sodass der Treiber 102 durch den Analogschalter 103 das PWM-Signal selbst als das Ansteuersignal empfängt.
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In dieser Ausführungsform ist die ECU 3 konfiguriert, um den Lastverhältnis-Angabemodus zu designieren, während die Erzeugungsspannung (Batteriespannung) durch die Spannungs-Bestimmungsschaltung 32 detektiert wird, in dem vorbestimmten Normspannungsbereich (z. B. zwischen 12,5 V und 15,5 V) zu sein, um die Ausgabeleistung des Fahrzeuggenerators 2 in Übereinstimmung mit dem Fahrzeugzustandsinformationen einschließlich der Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl, etc., zu steuern, und den Zielspannungs-Angebemodus zu designieren, wenn die Erzeugungsspannung den Normspannungsbereich verlässt, um durch eine Regelung die Erzeugungsspannung in den Normspannungsbereich zu versetzen.
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Wie nachstehend ausführlich erklärt ist, kann die Steuereinheit 1 für eine Fahrzeugleistungserzeugung gegen eine Anormalität des von der ECU 3 gesendeten PWM-Signals durch Verwendung des Spannungskomparators 110 schützen, welche durch einen Softwarefehler verursacht werden kann, wenn die Steuereinheit 1 für eine Fahrzeugleistungserzeugung in dem Lastverhältnis-Angabemodus betrieben wird.
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Zuerst wird der Fall mit Bezug auf 6 beschrieben, in welchem das von der ECU 3 gesendete PWM-Signal normal ist.
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In dem Lastverhältnis-Angabemodus ist der Analogschalter 113 aktiviert, während der Analogschalter 112 deaktiviert ist, da die Modus-Detektorschaltung 108 das Low-Level-Signal ausgibt. Wie anhand der nachfolgenden Beschreibung entsprechend ersichtlich ist, empfängt der Digital/Analog-Wandler 111 das Digitalsignal, welches wechselweise 100% Lastfaktor und 0% Lastfaktor repräsentiert, und der Digital/AnalogWandler 111 gibt deshalb als Zielspannung wie in 6 gezeigt deshalb wechselweise 12,5 V und 15,5 V aus. Es sollte beachtet werden, dass Digitalsignale, welche andere Werte als 100% und 0% repräsentieren, wechselweise an den Digital/Analog-Wandler 111 geliefert werden können. Falls der Normspannungsbereich zwischen 12,5 V und 15,5 V liegt, ist die Erzeugungsspannung stets höher als die Zielspannung, wenn der Analog/Digital-Wandler 111 12,5 V ausgibt, und ist stets geringer als die Zielspannung wenn der Analog/Digital-Wandler 111 15,5 V ausgibt, solange das Steuersystem für eine Fahrzeugleistungserzeugung im Normalzustand befindlich ist. Dies bedeutet, dass das von dem Spannungskomparator 110 ausgegebene Vergleichssignal zwischen Low-Level und High-Level oszilliert, wenn die Steuereinheit 1 für eine Fahrzeugleistungserzeugung in dem Lastverhältnis-Eingabemodus betrieben wird. Das Vergleichssignal, welches zwischen dem Low-Level und High-Level oszilliert, wird in die Low/High Detektorschaltung 114 eingegeben, und die Detektierungsergebnisse werden an die Lastfaktor-Erzeugungsschaltung 115 geliefert. Demzufolge gibt die Lastfaktor-Erzeugungsschaltung 115 wechselweise das Digitalsignal, welches 100% Lastfaktor repräsentiert und das Digitalsignal, welches 0% Lastfaktor repräsentiert, aus, welche durch den Digital/Analog-Wandler 111 über den Analogschalter 113 empfangen werden. Das Vergleichssignal, welches zwischen dem Low-Level und High-Level oszilliert, wird ebenfalls in den Flanken-Detektor 116 eingegeben. Die Flanken-Detektorschaltung 116 gibt jedesmal den High-Level-Impuls aus, wenn das Niveau des Vergleichssignals umgekehrt wird, um dadurch den Schutz-Treiber 119 rückzustellen.
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7 zeigt Wellenformen des Vergleichssignals, welche von dem Spannungskomparator 110 ausgegeben werden und des Impuls-Signals, welche von der Flanken-Detektorschaltung 116 ausgegeben werden, wenn das von der ECU 3 gesendete PWM-Signal normal ist. Wie oben beschrieben wird der Schutz-Timer 119 regelmäßig rückgestellt und die Ausgabe des Schutz-Timers 119 wird bei dem Low-Level unverändert beibehalten, da das von dem Spannungskomparator 110 ausgegebene Vergleichssignal zwischen dem High-Level und Low-Level oszilliert, und die Flanken-Detektorschaltung 116 jedesmal den Low-Level-Impuls ausgibt, wenn das Level des Vergleichssignals umgekehrt wird.
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In dieser Ausführungsform kann der Schaltungsmaßstab (circuit scale) der Steuereinheit 1 für eine Fahrzeugleistungserzeugung klein gemacht werden, da der Spannungskomparator 110, welcher zum Vergleichen der Erzeugungsspannung mit der Zielspannung in dem Zielspannungs-Angabemodus verwendet wird, ebenso zum Überwachen der Erzeugungsspannung und Produzieren des oszillierenden Vergleichssignals in dem Lastverhältnis-Angabemodus verwendet wird, solange die Erzeugungsspannung im Normspannungsbereich ist.
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Im folgenden wird mit Bezug auf 8 der Fall beschrieben, in welchem der Lastfaktor des von ECU 3 gesendeten PWM-Signals aufgrund eines Softwarefehlers übermäßig hoch wird, und demzufolge die Erzeugungsspannung (Batteriespannung) über die Obergrenze des Normspannungsbereichs steigt.
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Wenn die Erzeugungsspannung höher als die Obergrenze (z. B. 15,5 V) wird, wird die Ausgabe des Spannungskomparators 110 an dem Low-Level fixiert. In diesem Fall wird das regelmäßige Rückstellen des Schutz-Timers 119 nicht durchgeführt, da die Flanken-Detektorschaltung 116 den Low-Level-Impuls nicht ausgibt. Der Schutz-Timer 119 gibt demzufolge nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer (wünschenswerterweise die doppelte Erregerzeitkonstante (Ansprechzeit) des Fahrzeuggenerators 2) von dem Zeitpunkt, an welchem der Schutz-Timer 119 zuletzt rückgestellt wurde, dass High-Level-Signal aus. Demzufolge wird der Analogschalter 104 aktiviert, während der Analogschalter 103 deaktiviert wird. Das MOSFET 100 wird entsprechend der Ausgabe des Spannungskomparators 110 somit ein/aus-gesteuert.
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Im übrigen ergibt die Lastfaktor-Erzeugungsschaltung 115 das Digitalsignal entsprechend dem von der Low/High-Detektorschaltung 114 empfangenen-Low/High-Detektierungsergebnis aus, welches 100% Lastfaktor repräsentiert, während die Ausgabe des Spannungskomparators 110 an dem Low-Level fixiert ist. Der Digital/AnalogWandler 111 gibt demzufolge 15,5 V als Zielspannung aus, wenn die Erzeugungsspannung höher als die Obergrenze wird. Wenn in dieser Ausführungsform die Erzeugungsspannung daher nahe der Obergrenze (z. B. 15,5 V) gesteuert wird, kann die Erzeugungsspannung nahe einem erwarteten Wert (nahe der Obergrenze) gehalten werden, auch falls die ECU 3 fehlerhafterweise nicht aufgrund eines Softwarfehlers, sondern durch eine Massepotential-Differenz zwischen der ECU 3 und der Steuereinheit 1 für eine Fahrzeugleistungserzeugung fehlerhafterweise das PWM-Signal sendet, welches einen Lastfaktor aufweist, der höher als ein geeigneter Wert ist, wodurch der Schutz-Timer 119 aktiviert wird.
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Im folgenden wird mit Bezug auf 9 der Fall beschrieben, in welchem der Lastfaktor des von der ECU 3 gesendeten PWM-Signals aufgrund des Softwarefehlers übermäßig hoch wird, und demzufolge die Erzeugungsspannung (Batteriespannung) unter die Untergrenze des Normspannungsbereichs fällt.
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Wenn die Erzeugungsspannung geringer als die Untergrenze (z. B. 12,5 V) wird, wird die Ausgabe des Spannungskomparators 110 an dem High-Level fixiert. In diesem Fall wird das regelmäßige Rückstellen des Schutz-Timers 119 nicht durchgeführt, da die Flanken-Detektorschaltung 116 nicht den Low-Level-Impuls ausgibt. Demzufolge gibt der Schutz-Timer 119 nach einem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer von dem Zeitpunkt, an welchem der Schutz-Timer 119 zuletzt rückgestellt wurde, dass High-Level-Signal aus. Der Analogschalter 104 wird demzufolge aktiviert, während der Analogschalter 103 deaktiviert wird. Das MOSFET 100 wird somit entsprechend der Ausgabe des Spannungskomparators 110 ein/aus-gesteuert.
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Im übrigen gibt die Lastfaktor-Erzeugungsschaltung 115 das Digitalsignal entsprechend dem von der Low/High-Detektorschaltung 114 empfangenen Low/High-Detektierungsergebnis, welches 0% Lastfaktor repräsentiert, aus, während die Ausgabe des Spannungskomparators 110 an dem High-Level fixiert ist. Der Digital/Analog-Wandler 111 gibt demzufolge eine Zielspannung von 12,5 Volt aus, wenn die Erzeugungsspannung geringer als die Untergrenze wird. In dieser Ausführungsform kann die Erzeugungsspannung nahe einem erwarteten Wert (nahe der Untergrenze) gehalten werden, auch falls die ECU 3 nicht aufgrund eines Softwarefehlers, sondern durch eine Leistungsleitungs-Spannungsdifferenz zwischen der ECU 3 und der Steuereinheit 1 für eine Fahrzeugleistungserzeugung fehlerhafterweise das PWM-Signal sendet, welches einen Lastfaktor aufweist, der geringer als ein geeigneter Wert ist, wodurch der Schutz-Timer 119 aktiviert wird.
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Der Rückstell-Timer 117 dient dem Rückholen der Steuereinheit 1 für eine Fahrzeugleistungserzeugung von dem Schutz-Modus (der durch die Aktivierung des Schutz-Timers 119 initiierte Spannungs-Angabemodus) in den Lastverhältnis-Angabemodus. Der Betrieb des Rückstell-Timers 117 ist nachstehend mit Bezug auf 10 beschrieben, welche Wellenformen der Ausgaben der Flanken-Detektorschaltung 116 des Schutz-Timers 119, der UND-Schaltung 120 und des Rückstell-Timers 117 zeigt.
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Falls die Flanken-Detektorschaltung 116 wie oben beschrieben eine Flanke in dem von dem Spannungskomparator 110 ausgegebenen Vergleichssignal detektiert, nachdem die Modus-Detektorschaltung 108 detektiert, daß der Lastverhältnis-Angabemodus designiert ist, und demzufolge der Schutz-Timer 119 aktiviert wird, um das High-Level-Signal auszugeben, gibt die UND-Schaltung 120 das High-Level-Signal aus. Der Rückstell-Timer 117 beginnt demzufolge von einem voreingestellten Wert herunterzuzählen, so daß die Ausgabe des Rückstell-Timers 117 sich von dem High-Level nach Verstreichen einer bestimmten Zeitdauer von dem Zeitpunkt, an welchem der Schutz-Timer 119 aktiviert wird, in das Low-Level ändert. Es ist anzunehmen, daß die Erzeugungsspannung nachdem der Schutz-Timer 119 infolge des Schaltens in den Schutz-Modus aktiviert wurde, die Erzeugungsspannung wieder innerhalb des Normspannungsbereichs ist. Falls sich in diesem Fall die Ausgabe des Rückstell-Timers 117 von High-Level in Low-Level geändert hat, wird der Schutz-Timer 119 rückgestellt, da der Spannungskomparator 110 das oszillierende Vergleichssignal ausgibt und die Flanken-Detektorschaltung 116 deshalb dann die Low-Level-Impulse ausgibt. Falls der Schutz-Timer rückgestellt wird, wird die Ausgabe der UND-Schaltung 120 low, und der Rückstell-Timer 117 wird deshalb rückgestellt.
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Wie oben beschrieben stellt der Rückstell-Timer 117 sicher, daß die Steuereinheit 1 für eine Fahrzeugleistungserzeugung von dem Schutz-Modus in den Lastverhältnis-Angabemodus zurückkehrt, wenn das PWM-Signal nur zeitweilig annormal wird, so daß der Fahrzeuggenerator 2 entsprechend dem Fahrzeugzustand und dem Leistungsverbrauchszustand der elektrischen Lasten optimal verwendet wird.
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Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich zu verhindern, daß die Erzeugungsspannung den Normspannungsbereich verläßt, auch falls das von der ECU 3 gesendete PWM-Signal anormal wird. Es sollte beachtet werden, daß da die Steuereinheit 1 für eine Fahrzeugleistungserzeugung von dem Lastverhältnis-Angabemodus nur dann in den Schutz-Modus schaltet, wenn die Zeitdauer während welcher die Erzeugungsspannung außerhalb des Normspannungsbereichs liegt, eine bestimmte Zeitdauer überschreitet, verhindert werden kann, daß die Steuereinheit 1 zur Leistungserzeugung unnötigerweise in den Schutz-Modus schaltet, wenn sich die Ausgabespannung des Fahrzeuggenerators 2 zeitweilig ändert. Die Zeitdauer beträgt vorzugsweise etwa die doppelte Erregerzeitkonstante (Ansprechzeit) des Fahrzeuggenerators 2.
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Es sollte ebenfalls beachtet werden, daß wenn die Erzeugungsspannung nahe der Obergrenze (oder Untergrenze) gesteuert wird, daß die Erzeugungsspannung nahe einem erwarteten Wert gehalten werden kann, auch falls die ECU 3 fehlerhafterweise das PWM-Signal sendet, welches einen Lastfaktor aufweist, der höher (oder geringer) als ein geeigneter Wert ist, und dementsprechend die Steuereinheit 1 für eine Fahrzeugleistungserzeugung in den Schutz-Modus schaltet, da die Zielspannung dann an der Obergrenze (oder Untergrenze) des Normspannungsbereichs gesetzt ist.
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Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform der Schutz-Timer 119 und der Rückstell-Timer 117 verwendet werden, kann ein einzelner Zähler anstatt dieser beiden Zähler verwendet werden, in welchem eine Vielzahl unterschiedlicher Zählwerte getrennt einstellbar sind.
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Die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen sind beispielhaft für die Erfindung der vorliegenden Anmeldung, welche ausschließlich durch die nachstehend beigefügten Ansprüche beschrieben ist. Es sollte ersichtlich sein, daß Modifikationen der bevorzugten Ausführungsformen durchgeführt werden können, sofern sie dem Fachmann nahe liegen.
