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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeugsteuersystem, das eine
Leistungserzeugungsoperation eines durch einen Verbrennungsmotor
angetriebenen elektrischen Leistungsgenerators steuert.
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Hintergrund der Erfindung
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In
den letzten Jahren wurden mehr und mehr elektrische Lasten bzw.
Verbraucher in einem Fahrzeug angebracht. Da diese elektrischen
Verbraucher mehr elektrische Leistung verbrauchen, wird ein elektrischer
Leistungsgenerator, wie etwa eine Lichtmaschine, benötigt,
um mehr Leistung zu erzeugen, während ein Verbrennungsmotor
zum Antreiben eines Fahrzeugs in Betrieb ist. Der Leistungsgenerator wird
durch einen Teil eines Moments des Motors angetrieben. Daher steigt
das durch den Leistungsgenerator verwendete Motormoment an, wenn
die Leistungserzeugung des Leistungsgenerators ansteigt, um den
erhöhten Leistungsverbrauch zu bewältigen.
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Wenn
der Leistungsgenerator ein großes Motormoment in einer
kurzen Zeitperiode verwendet, ist es wahrscheinlich, dass sich die
Motordrehzahl verringert, was ein Verlangsamen des Fahrzeugs verursacht.
Im schlimmsten Fall kann diese Drehzahlverringerung ein Motorabsterben
und ein Abschalten einer Leistungsversorgung verursachen, was zu
einem Versagen von verschiedenen elektrischen Systemen in dem Fahrzeug
führen kann.
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Um
diesem Nachteil zu begegnen schlägt die
JP 7-23599A vor, eine Sollleistung
(zu erzeugende Sollleistung) eines Leistungsgenerators schrittweise zu
verändern, um sowohl eine schnelle Momentenänderung
des Leistungsgenerators als auch eine schnelle Drehzahländerung
eines Verbrennungsmotor zu verhindern. Wenn jedoch die Leistungserzeugung
folglich nur schrittweise trotz einer Notwendigkeit einer unverzüglichen
oder schnellen Änderung der elektrischen Leistung geändert
wird, wird die tatsächlich erzeugte elektrische Leistung
stark von einer benötigten elektrischen Leistung abweichen,
und eine Schwankung einer Batteriespannung wird hoch. Als eine Folge
können an einem Fahrzeug angebrachte elektrische Lasten,
die mit der Batterieleistung betrieben werden, nicht stabil arbeiten.
Zum Beispiel können elektronische Rechner in dem Fahrzeug aufgrund
unzureichender Leistungsversorgung fehlerhaft arbeiten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeugsteuersystem
bereitzustellen, das eine Leistungserzeugung eines Leistungsgenerators
steuert, so dass sowohl die Batteriespannungsschwankungen als auch
eine Motordrehzahlschwankung auf ein zulässiges Niveau
beschränkt werden, auch wenn sich eine zu erzeugende benötigte
elektrische Leistung stark ändert.
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Gemäß einem
Aspekt besitzt ein Steuersystem für ein Fahrzeug eine Motorsteuereinheit
zum Steuern eines Motors, und eine Generatorsteuereinheit zum Steuern
eines durch den Motor angetriebenen Leistungsgenerators, um eine
elektrische Leistung entsprechend einer Sollleistung zu erzeugen. Die
Motorsteuereinheit berechnet ein bedingtes Moment, das zulässig
ist, gemäß einer Ansprechverzögerung
des Motors durch den Leistungsgenerator zum Erzeugen elektrischer
Leistung verwendet zu werden. Die Generatorsteuereinheit berechnet
ein benötigtes Moment, das benötigt wird, um eine
durch den Leistungsgenerator benötigte Leistung zu erzeugen.
Die Generatorsteuereinheit berechnet weiterhin die Sollleistung,
so dass eine Spannungsschwankung einer Batterie und eine Drehzahlschwankung des
Motors auf ein zulässiges Batteriespannungsniveau bzw.
ein zulässiges Motordrehzahlniveau beschränkt
wird, wenn eine Leistungsdifferenz zwischen der benötigten
Leistung und einer durch das bedingte Moment erzeugten bedingten
Leistung verursacht wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
vorstehende und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung
mit Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen besser ersichtlich.
In den Zeichnungen gilt:
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1 ist
ein Blockdiagramm, das ein Fahrzeugsteuersystem gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb des Fahrzeugsteuersystems zeigt,
wenn keine Leistungserzeugungskorrektur durchgeführt wird;
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3 ist
ein Graph, der eine Ausgleichsbeziehung zwischen einer Motordrehzahl
und einer Batteriespannung zeigt;
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4 ist
ein Zeitdiagramm, das eine Operation im ersten Ausführungsbeispiel
zeigt;
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5 ist
ein Graph, der ein Verfahren zur Berechnung einer korrigierenden
Leistung in dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
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6 ist
ein Schaltbild, das ein vereinfachtes elektrisches Modell einer
Batteriekennlinie zeigt;
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7 ist
ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Motordrehzahl und einer
erzeugten Leistung zeigt;
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8 ist
ein Flussdiagramm, das eine Routine einer Sollleistungsberechnung
in dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
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9 ist
ein Flussdiagramm, das eine Routine einer Berechnung einer bedingten
Leistung in dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
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10 ist
ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Berechnung einer korrigierenden
Leistung in dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
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11 ist
ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Berechnung einer korrigierenden
Leistung zeigt, die zur Leistungserzeugungssteuerung in einem schwankungsunproblematischen
Bereich durchgeführt wird, gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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12 ist
ein Zeitdiagramm, das ein Betrieb eines zweiten Ausführungsbeispiels
zeigt, wenn die Leistungserzeugungssteuerung in dem schwankungsunproblematischen
Bereich durchgeführt wird;
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13 ist
ein Flussdiagramm, das eine Routine einer Berechnung einer korrigierenden
Leistung zeigt, die außerhalb eines Systemausfallbereichs durchgeführt
wird, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
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14 ist
ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb des zweiten Ausführungsbeispiels
zeigt, wenn die Leistungserzeugungssteuerung außerhalb
dem Systemausfallbereich durchgeführt wird; und
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15 ist
ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Berechnung einer korrigierenden
Leistung in dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
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Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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(erstes Ausführungsbeispiel)
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Bezugnehmend
auf 1, ist ein Fahrzeugsteuersystem für ein
Fahrzeug bereitgestellt, in dem ein Verbrennungsmotor 11 nicht
nur ein Fahrzeug antreibt, sondern ebenso einen elektrischen Leistungsgenerator
(z. B. Lichtmaschine) 17. Der Leistungsgenerator 17 ist
verbunden, um eine Batterie 21 zu laden. Dieses Steuersystem
umfasst eine elektronische Steuervorrichtung 12, die eine
Motorsteuereinheit 13, eine Fahrzeugsteuereinheit 14,
eine Generatorsteuereinheit 15 und eine Leistungssteuereinheit 16 aufweist.
Diese Einheiten 13 bis 16 sind über elektrische
Leitungen verbunden, wenn diese Einheiten 13 bis 16 als
separate Mikrocomputer bereitgestellt sind. Diese Einheiten 13 bis 16 können
in einem oder einer kleineren Anzahl von Mikrocomputern integriert sein.
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Die
Fahrzeugsteuereinheit 14 berechnet ein Motormoment, das
benötigt wird, ein Fahrzeug anzutreiben, als ein benötigtes
Fahrzeugantriebsmoment. Die Fahrzeugsteuereinheit 14 führt
das daher berechnete benötigte Fahrzeugantriebsmoment der Motorsteuereinheit 13 zu.
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Die
Leistungssteuereinheit 16 ist mit Last- bzw. Verbrauchersteuereinheiten 20a, 20b,
etc. verbunden, die entsprechende elektrische Lasten bzw. Verbraucher 19a, 19b,
etc. steuern. Die Leistungssteuereinheit 16 erfasst Betriebsbedingungen,
die eine verbrauchte elektrische Leistung der Lasten 19a, 19b und
einen Ladezustand der Batterie 21 umfassen, und berechnet
eine elektrische Leistung, die benötigt wird, durch den
Leistungsgenerator 17 als eine benötigte Leistung
Wr basierend auf den erfassten Betriebsbedingungen und dem Ladezustand
erzeugt zu werden. Die Leistungssteuereinheit 16 führt die
daher berechnete benötigte Leistung Wr der Generatorsteuereinheit 15 zu.
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Die
Motorsteuereinheit 13 steuert eine Luftansaugeinrichtung,
eine Treibstoffeinspritzeinrichtung, eine Funkenzündungseinrichtung,
etc. (nicht gezeigt) des Motors 11, so dass der Motor 11 ein
Motorabtriebsmoment erzeugt, welches das durch die Fahrzeugsteuereinheit 14 berechnete
benötigte Fahrzeugantriebsmoment und ein benötigtes Leistungserzeugungsmoment
zum Antreiben des Leistungsgenerators 17, um die benötigte
Leistung Wr zu erzeugen, umfasst. Weiterhin berechnet die Motorsteuereinheit 13 ein
Motormoment, das bedingt ist, tatsächlich durch den Leistungsgenerator 17 zum Erzeugen
elektrischer Leistung verteilt und verwendet zu werden, als ein
bedingtes Leistungserzeugungsmoment, durch Schätzansprechverzögerungen
(z. B. Verzögerungen eines Ansaugluftflusses, Drosselventilbetriebs).
Die Motorsteuereinheit 13 führt das daher berechnete
bedingte Leistungserzeugungsmoment der Generatorsteuereinheit 15 zu.
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Die
Generatorsteuereinheit 15 berechnet ein Motormoment, das
benötigt wird, den Leistungsgenerator 17 durch
den Motor 11 anzutreiben, als das benötigte Leistungserzeugungsmoment,
basierend auf der benötigten Leistung Wr, so dass es dem
Leistungsgenerator 17 möglich ist, dieses Leistungserzeugungsmoment
zu verwenden. Das benötigte Leistungserzeugungsmoment wird
der Motorsteuereinheit 13 zugeführt. Es sei angemerkt,
dass das benötigte Leistungserzeugungsmoment durch die
Motorsteuereinheit 13 anstatt der Generatorsteuereinheit 15 berechnet
werden kann. Die Generatorsteuereinheit 15 berechnet ebenso
eine bedingte Leistung Wp, die durch Verwenden des durch die Motorsteuereinheit 13 berechneten
bedingten Leistungserzeugungsmoments erzeugt werden kann. Es sei
angemerkt, dass die bedingte Leistung Wp durch die Motorsteuereinheit 13 anstatt
der Leistungsgeneratorsteuereinheit 15 berechnet werden
kann. Diese bedingte Leistung Wp, die tatsächlich durch
den Leistungsgenerator 17 erzeugt werden wird, unterscheidet
sich von der benötigten Leistung Wr, z. B. wenn sich die
benötigte Leistung Wr um einen großen Umfang ändert.
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Die
Generatorsteuereinheit 15 berechnet daher eine durch den
Leistungsgenerator 17 zu erzeugende Sollleistung CW durch
eine korrigierende Leistung Wc. Die Generatorsteuereinheit 15 steuert
eine Stromzufuhr zu dem Leistungsgenerator 17, der eine der
elektrischen Hilfseinrichtungen in dem Fahrzeug ist. Insbesondere
steuert dieser einen Feldstrom, der einer Feldspule des Leistungsgenerators 17 basierend
auf der berechneten Sollleistung CW zugeführt wird, so
dass der Leistungsgenerator 17 tatsächlich die
Sollleistung CW erzeugt.
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Wenn
die bedingte Leistung Wp, die von der Motorsteuereinheit 13 zugeführt
wird, sich von der benötigten Leistung Wr, die von der
Leistungssteuereinheit 16 zugeführt wird, unterscheidet,
berechnet die Generatorsteuereinheit 15 die Sollleistung
CW durch Verwenden der korrigierenden Leistung Wc, um eine Batteriespannungsschwankung ΔV
einer Spannung der Batterie 21, und eine Motordrehzahlschwankung ΔS
einer Drehzahl des Motors 11 zu unterdrücken,
so dass die Batteriespannungsschwankung ΔV und die Motordrehzahlschwankung ΔS
ein vorbestimmtes Spannungsschwankungslimit Lv bzw. ein Drehzahlschwankungslimit
Ls nicht übersteigt. Das heißt, dass die Generatorsteuereinheit 15 die Sollleistung
CW berechnet, um bestimmte Zulässigkeiten hinsichtlich
des Batteriespannungsschwankslimits LV und des Motordrehzahllimits
Ls einzuhalten.
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Die
Motorsteuereinheit 13 und die Generatorsteuereinheit 15 steuern
daher gemeinsam den Leistungsgenerator 17. 2 zeigt
eine beispielhafte Steueroperation, bei der angenommen wird, dass sich
die benötigte Leistung Wr in dem durch die gepunktete Linie
angegeben Schritt ändert.
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Der
Leistungsgenerator 17 erzeugt durch Verwenden eines Teils
des Motormoments (bedingtes Moment), der bedingten Leistung Wp,
die sich mit einer Zeitverzögerung aufgrund einer Ansprechverzögerung
des Motors 11, zum Beispiel Verzögerungen bei
der Luftansaugoperation und bei der Drosseloperation, ändert,
wie durch die durchgezogene Linie angegeben ist.
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Wenn
der Leistungsgenerator 17 gesteuert wird, um die benötigte
Leistung Wr ohne Verzögerung durch Verwenden eines größeren
Motormoments zu erzeugen, behält die Batterie 21,
die mit dieser bedingten Leistung Wp geladen wird, ihre Batteriespannung
ohne Spannungsschwankung bei, wie durch die gepunktete Linie angegeben
ist. Jedoch verliert der Motor 11 sein Moment. Als eine
Folge fällt die Drehzahl des Motors 11 stark ab,
was die Motordrehzahlschwankung ΔS, die größer
als das Schwankungslimit Ls ist, verursacht, wie durch die gepunktete
Linie angegeben ist. Wenn die Drehzahlverminderung groß ist,
wird dies die Antriebsfähigkeit verschlechtern, und in
dem schlimmsten Fall wird dies ein Motorabsterben verursachen.
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Wenn
der Leistungsgenerator 17 gesteuert wird, Leistung durch
Verwenden von nur des bedingten Leistungserzeugungsmoments zu erzeugen,
wird die Motordrehzahl ohne Abfall beibehalten, wie durch die durchgezogene
Linie angedeutet ist. Stattdessen fällt die Spannung der
Batterie 21 stark ab, was die Batteriespannungsschwankung ΔV,
die größer als das Schwankungslimit Lv ist, ab,
wie durch die durchgezogene Linie angedeutet. Als eine Folge wird
ein Betrieb der elektrischen Lasten 19a, 19b instabil,
und im schlimmsten Fall werden die Mikrocomputer, etc, fehlerhaft
betrieben und zurückgesetzt.
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Daher
stehen die Spannungsschwankung ΔV der Batterie 21 und
die Motordrehzahlschwankung ΔS des Motors 11 in
einer Austauschbeziehung, wie in 3 gezeigt.
Das heißt, dass sich die Batteriespannungsschwankung ΔV
und die Motordrehzahlschwankung ΔS auf den gleichen Leistungsausgleichslinien
in Abhängigkeit der durch den Leistungsgenerator 17 erzeugten
Leistung ändern. Die gleichen Leistungsausgleichslinien
verbinden die Batteriespannungsschwankung ΔV entsprechend der
durch die Motorsteuereinheit 13 berechneten bedingten Leistung
Wp, und die Motordrehzahlschwankung ΔS entsprechend der
durch die Leistungssteuereinheit 16 berechneten benötigten
Leistung Wr. Ein Teil der Ausgleichslinien ist in einem zulässigen
Bereich vorhanden, in dem sowohl die Batterieschwankung als auch
die Motordrehzahlschwankung zulässig ist. Dieser zulässiger
Bereich wird durch das zulässige Batteriespannungsschwankungslimit
Lv und das zulässige Motordrehzahlschwankungslimit Ls definiert.
Daher kann durch optimales Steuern der Sollleistung CW die Batteriespannungsschwankung ΔV
und die Motordrehzahlschwankung ΔS innerhalb den entsprechenden
zulässigen Grenzen Lv und Ls beibehalten werden.
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Um
die Batteriespannungsschwankung ΔV und die Motordrehzahlschwankung ΔS
zu beschränken, um nicht die entsprechenden zulässigen
Grenzen Lv und Ls zu übersteigen, wird es am meisten gewünscht,
die Sollleistung CW auf der Linie einer optimalen Spannungsschwankung
und Drehzahlschwankung in dem zulässigem Bereich zu steuern. Diese
optimale Schwankungslinie ist am weitesten von dem zulässigen
Limit Lv der Batteriespannungsschwankung und dem zulässigen
Limit Ls der Motordrehzahlschwankung entfernt.
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Aufgrund
des vorstehenden Arguments, wie in den 4 und 5 gezeigt,
wird die korrigierende Leistung Wec wie folgt basierend auf einer
Differenz Wd zwischen der bedingten Leistung Wp und der benötigten
Leistung Wr, einer Lade-/Entladeleistung Wb, die dem zulässigen
Spannungsschwankungslimit Lv der Batterie 21 entspricht
und einer Leistungsschwankung We, die dem zulässigen Drehzahlschwankungslimit
Ls des Motors 11 entspricht, berechnet. Durch begrenzen
der korrigierenden Leistung Wec, um kleiner als We zu sein, wird
eine bestimmte Zulässigkeit sichergestellt, so dass nicht
nur das zulässige Spannungsschwankungslimit Lv der Batterie 21,
sondern auch das zulässige Drehzahlschwankungslimit Ls
eingehalten wird. Das heißt, dass sowohl die Batteriespannungsschwankung ΔV als
auch die Motordrehzahlschwankung ΔS unterdrückt
werden, um kleiner zu sein, als das zulässige Spannungsschwankungslimit
Lv bzw. das zulässige Drehzahlschwankungslimit Ls. Wec = Wd × We/(Wb + We) Wbc = Wd × WB/(Wb + We)
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Hier
ist die Lade-/Entladeleistung Wb positiv bzw. negativ, wenn die
Batterie 21 geladen bzw. entladen wird. Sowohl die Lade-/Entladeleistung
Wb, die dem zulässigen Spannungsschwankungslimit Lv entspricht,
als auch die erzeugte Leistungsschwankung We, die dem zulässigen
Drehzahlschwankungslimit Ls entspricht, weisen die gleiche Polarität
auf, d. h. positiv oder negativ. Die korrigierende Leistung Wec kann
mit verschiedenen Formeln berechnet werden, so dass die Lade-/Entladeleistung
entsprechend der Spannungsschwankung der Batterie 21 kleiner
als Wb ist, und die erzeugte Leistungsschwankung entsprechend der
Drehzahlschwankung des Motors 11 kleiner als We ist.
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Daher
wird die Sollleistung CW wie folgt durch hinzufügen dieser
korrigierenden Leistung Wec zu der bedingten Leistung Wp berechnet. CW = Wp + Wec
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Die
zulässigen Schwankungsgrenzen Lv und Ls der Batteriespannung
und der Motordrehzahl können auf niedrige Niveaus eingestellt
sein, die für einen Fahrzeugbetreiber nicht merklich sind,
auf höhere Niveaus eingestellt werden, die notwendig sind, Operationen
der elektrischen Lasten 19a, 19b und des Motors 11 beizubehalten,
so dass ein Systemausfall nicht verursacht wird, oder auf andere
Niveaus zwischen diesen Niveaus eingestellt werden.
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Die
Lade-/Entladeleistung Wb, die dem zulässigem Spannungsschwankungslimit
Lv der Batterie 21 entspricht, kann wie folgt berechnet
werden. Da der interne Widerstand Ri der Batterie 21 mit
einem Zustand der Batterie 21 schwankt, ändert
sich die Beziehung zwischen der Spannungsschwankung ΔV
und der Lade-/Entladeleistung (elektrische Leistungsschwankung) ΔW
der Batterie 21. Daher wird der interne Widerstand Ri basierend
auf dieser Beziehung durch Erfassen des Batteriezustands abgeschätzt,
und die Lade-/Entladeleistung ΔW der Batterie 21 wird
mittels der folgenden Gleichung durch Verwenden eines in 6 gezeigten
vereinfachten Batteriemodells berechnet. ΔW
= (V + ΔV) × (I + ΔI) – V × I
=
V × ΔI + ΔV × I + ΔV × ΔI V × ΔV/Ri + ΔV × I
+ ΔV2/Ri
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Hier
ist V eine gemessene Spannung der Batterie 21, ΔV
ist eine Schwankung der Spannung V, I ist ein gemessener Strom der
Batterie 21, und ΔI (= ΔV/Ri) ist eine
Schwankung des gemessenen Stroms I.
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In
dieser Gleichung wird die Lade-/Entladeleistung (Leistungsschwankung) ΔW
der Batterie 21 die Lade-/Entladeleistung Wb, entsprechend
dem zulässigen Spannungsschwankungslimit Lv, wenn die Spannungsschwankung ΔV
der Batterie 21 gleich dem zulässigen Spannungsschwankungslimit
Lv wird. Pa = V × ΔV/Ri + ΔV × I
+ ΔV2/Ri(ΔV = Lv:
zulässiges Spannungsschwankungslimit der Batterie 21)
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Als
nächstes kann die Leistungsschwankung We, die dem zulässigen
Drehzahlschwankungslimit Ls des Motors 11 entspricht, wie
folgt berechnet werden. Wie in 7 gezeigt,
wird die Beziehung zwischen der Drehzahlschwankung des Motors 11 und der
Leistungsschwankung des Leistungsgenerators 17 basierend
auf experimentellen Daten eingestellt, wie etwa Auslegungsdaten,
etc, durch gespeicherte kartierte Daten oder mathematische Berechnungen. Die
durch die kartierten Daten oder der mathematischen Berechnungen
berechneten Leistungsschwankung wird die Leistungsschwankung We,
entsprechend dem zulässigen Drehzahlschwankungslimit Ls
des Motors 11, wenn die Drehzahlschwankung des Motors 11 gleich
dem zulässigen Drehzahlschwankungslimit Ls wird.
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Die
vorstehende gemeinsame Leistungssteuerung für den Leistungsgenerator 17 durch
die Motorsteuereinheit 13 und die Generatorsteuereinheit 15 wird
durch Ausführen von Routinen, die in den 8 bis 10 gezeigt
werden, erreicht.
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(Sollleistungsberechnungsroutine)
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Die
Sollleistungsberechnungsroutine von 8 wird in
einem vorbestimmten Intervall während des Motorbetriebs
ausgeführt. Zunächst werden in Schritt 101 der
Leistungsverbrauch durch die elektrischen Lasten 19a, 19b,
etc. und der Ladezustand der Batterie 21 erfasst. In dem
nächsten Schritt 102 wird die benötigte
Leistung Wr, die notwendig ist, durch den Leistungsgenerator 17 erzeugt
zu werden, basierend auf den Leistungsverbrauch durch die elektrischen
Lasten 19a, 19b etc. und dem Ladezustand der Batterie 21 berechnet.
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Dann
wird in Schritt 103 die bedingte Leistung Wp, die möglicherweise
durch das bedingte Erzeugungsmoment erzeugt wird, durch Ausführen
der in 9 gezeigten bedingten Leistungsberechnungsroutine
berechnet. In Schritt 104 wird durch Ausführen
der in 10 gezeigten korrigierenden Leistungsberechnungsroutine
die korrigierende Leistung Wec berechnet, um eine vorbestimmte Zulässigkeit
hinsichtlich des zulässigen Batteriespannungsschwankungslimits
Lv und dem zulässigen Motordrehzahlschwankungslimit Ls
sicherzustellen. Insbesondere wird die korrigierende Leistung Wec
durch Verwenden der Differenz Wd zwischen der bedingten Leistung
Wp und der benötigten Leistung Wr, der Lade-/Entladeleistsung
Wd entsprechend dem zulässigen Batteriespannungsschwankungslimit
Lv, und der Leistungsschwankung We entsprechend dem zulässigen
Motordrehzahlschwankungslimit Ls berechnet.
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Dann
wird in Schritt 105 die Sollleistung CW durch Hinzufügen
der korrigierenden Leistung Wec zu der bedingten Leistung Wp berechnet. CW = Wp + Wec
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Letztlich
wird in Schritt 106 die Sollleistung CW an den Leistungsgenerator 17 ausgegeben,
so dass der zu der Feldspule des Leistungsgenerators 17 zugeführte
Feldstrom zum Regulieren der Leistungserzeugung des Generators zu
der Sollleistung CW gesteuert wird.
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[Berechnungsroutine von bedingter Leistung]
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Die
Berechnungsroutine der bedingten Leistung wird, wie in 9 gezeigt,
als eine Unterroutine, die in Schritt 103 ausgeführt
wird, ausgeführt. In dieser Unterroutine wird in Schritt 201 das
benötigte Motormoment Tr, das benötigt wird, den
Leistungsgenerator 17 anzutreiben, durch die Generatorsteuereinheit 15 basierend
auf der benötigten Leistung Wr berechnet. Dieses berechnete
Moment wird in Schritt 202 an die Motorsteuereinheit 13 ausgegeben.
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In
dem nächsten Schritt 203 wird eine Erzeugung dieses
Moments den Motorsteuereinrichtungen angewiesen. Dann wird in Schritt 204 ein
Motormoment T, dass erzeugt werden wird, abgeschätzt. In Schritt 205 wird
das bedingte Moment Tp, das an den Leistungsgenerator 17 verteilt
oder aufgeteilt wird, hinsichtlich der Ansprechverzögerung
(Luftansaugansprechverzögerung, Drosseloperationsverzögerung,
etc.) berechnet. Dann wird in Schritt 206 die bedingte
Leistung Wp, die durch das bedingte Moment Tp erzeugt wird, aus
dem bedingten Moment Tp berechnet.
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(Berechnungsroutine von korrigierender
Leistung)
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Die
Berechnungsroutine der korrigierenden Leistung wird, wie in 10 gezeigt,
als eine in Schritt 104 ausgeführten Unterroutine
ausgeführt. In dieser Unterroutine wird in Schritt 301 die
Lade-/Entladeleistung Wb entsprechend dem zulässigen Spannungsschwankungslimit
Lv der Batterie 21 durch Verwenden des vereinfachten Batteriemodells von 6 berechnet.
In dem nächsten Schritt 302 wird die Leistungsschwankung
We entsprechend dem zulässigen Drehzahlschwankungslimit
Ls des Motors 11 durch Verwenden der kartierten Daten von 7 oder
einer mathematischen Gleichung berechnet. Der Schritt 302 kann
ausgeführt werden, bevor der Schritt 301 ausgeführt
wird. Dann wird in Schritt 303 die Leistungsdifferenz Wd
zwischen der bedingten Leistung Wp und der benötigten Leistung
Wr berechnet. Letztlich wird in Schritt 304 die korrigierende Leistung
Wec wie folgt durch Verwenden der Leistungsdifferenz Wd, der Lade-/Entladeleistung
Wb und der Leistungsschwankung We berechnet. Wec
= Wd × We/(Wb + We)
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Gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel gilt, dass wenn die Leistungsdifferenz
Wd zwischen der benötigten Leistung Wr und der bedingten
Leistung Wp ansteigt, die durch das bedingte Moment Tp, wie in 4 gezeigt,
erzeugt wird, die korrigierende Leistung Wec berechnet wird, um
die Zulässigkeiten hinsichtlich des zulässigen
Batteriespannungsschwankungslimits Lv und dem Motordrehzahlschwankungslimit
Ls sicherzustellen. Die letztliche Sollleistung CW, die durch den
Leistungsgenerator 17 erzeugt werden soll, wird durch Korrigieren
der bedingten Leistung Wp durch die korrigierende Leistung Wc berechnet.
Daher kann die Leistungserzeugung des Leistungsgenerators 17 so
gesteuert werden, dass sowohl die Spannungsschwankung ΔV
der Batterie 12 als auch die Drehzahlschwankung ΔS
des Motors 11 innerhalb von entsprechenden zulässigen
Grenzen Lv und Ls gehalten wird. Als eine Folge wird der instabile Betrieb
der elektrischen Lasten 19a, 19b aufgrund einer
Batteriespannungsschwankung und der unbequeme Drehzahlabfall aufgrund
der Motordrehzahlschwankung nicht verursacht.
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(zweites Ausführungsbeispiel)
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In
dem zweiten Ausführungsbeispiel werden das zulässige
Batteriespannungsschwankungslimit Lv und das zulässige
Motordrehzahlschwankungslimit Ls auf eine Vielzahl von Grenzniveaus
eingestellt, zum Beispiel zwei Grenzniveaus. Insbesondere werden
das Batteriespannungsschwankungslimit Lv und Motordrehzahlschwankungslimit
Ls auf erste Grenzen Lv1 bzw. Ls1 eingestellt, und auf zweite Grenzen Lv2
bzw. Ls2 eingestellt, wie in den 12 und 14 gezeigt
wird. Die ersten Grenzen Lv1 und Ls1 in 11 definieren
einen unproblematischen Bereich, in dem ein Fahrzeugfahrer die Batteriespannungsschwankung
und die Motordrehzahlschwankung nicht bemerkt. Die zweiten Grenzen
Lv2 und Ls2 in 11 definieren einen Zwischenbereich,
in dem ein Fahrzeugfahrer die Batteriespannungsschwankung oder die
Motordrehzahlschwankung bemerkt, aber das Steuersystem nicht ausfällt,
so dass eine minimale Batteriespannung beibehalten wird, um die
elektrischen Lasten 19a, 19b beizubehalten, und
das Motorabsterben nicht verursacht wird.
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In
dem unbedenklichen Bereich wird eine Lade-/Entladeleistung Wb1 der
Batterie 21 eingestellt, um dem zulässigen Spannungsschwankungslimit Lv1
zu entsprechen, und eine Leistungsschwankung We1 wird eingestellt,
um dem zulässigen Drehzahlschwankungslimit Ls1 zu entsprechen.
In dem unbedenklichen Bereich wird eine Lade-/Entladeleistung Ww2
der Batterie 21, die größer als Wb1 ist,
eingestellt, um dem zulässigen Spannungsschwankungslimit
Lv2 zu entsprechen, und eine Leistungsschwankung We2, die größer
ist als We1 ist, wird eingestellt, um dem zulässigen Drehzahlschwankungslimit
Ls2 zu entsprechen.
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Die
Lade-/Entladeleistungen Wb1, Wb2, die den zulässigen Batteriegrenzen
Lv1, Lv2 entsprechen, können basierend auf dem in 6 gezeigten vereinfachten
Batteriemodell bestimmt werden, und die Leistungsschwankungen We1,
We2, die den zulässigen Motordrehzahlschwankungsgrenzen
Ls1, Ls2 entsprechen, können basierend auf den in 7 gezeigten
kartierten Daten bestimmt werden.
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Die
Leistungsdifferenz |Wd| zwischen der bedingten Leistung Wp und der
benötigten Leistung Wr wird mit einem ersten Schwellenwertniveau
|Wb1 + We1|, das ein Limit des unbedenklichen Bereichs definiert,
verglichen. Wenn |Wd < |Wb1
+ We1| erfüllt ist, wird angenommen, dass es möglich
ist, die Leistungserzeugung des Leistungsgenerators 17 zu steuern,
ohne durch einen Fahrzeugfahrer bemerkt zu werden. Daher wird eine
erste korrigierende Leistung Wec1 wie folgt berechnet. Wec1 = Wd × We1/(Wb1 + We1) Wbc1 = Wd × Wb1/(Wb1 + We1)
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Wenn
|Wd| ≥ |Wb1 + We1| erfüllt ist, wird angenommen,
dass die Batteriespannungsschwankung oder die Motordrehzahlschwankung
durch einen Fahrzeugfahrer bemerkt wird. In diesem Fall wird die Leistungsdifferenz
|Wd| weiterhin mit einem zweiten Schwellenwertniveau |Wb + We2|,
das ein Limit des Zwischenbereichs definiert, vergleichen, um zu überprüfen,
ob dieser in dem Zwischenbereich oder dem Systemausfallbereich liegt.
Wenn |Wb1 + We1| ≤ |Wd| < |Wb2
+ We2|, erfüllt ist, wird angenommen, dass es möglich
ist, die Leistungserzeugung des Leistungsgenerators 17 zu
steuern, ohne den Systemausfall zu verursachen. Daher wird eine
zweite korrigierende Leistung Wec2 wie folgt berechnet. Wec2 = [Wd – (Wb1 + We1)] × (We2 – We1)/[(Wb2
+ We2) – (Wb1 + We1)] + We1 Wbc2
= [Wd – (Wb1 + We1)] × (Wb2 – Wb1)/[(Wb2
+ We2) – Wb1 + We1)] + Wb1
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Wenn
|Wd| ≥ |Wb2 + We2|, erfüllt ist, wird angenommen,
dass das Motorabsterben und Computerzurücksetzen verursacht
wird. Daher wird keine Steuerung ausgeführt.
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In
dem zweiten Ausführungsbeispiel werden die korrigierenden
Leistungen Wec1 und Wec2 durch Ausführen einer Berechnungsroutine
einer korrigierenden Leistung, wie in 15 gezeigt,
anstatt der in 10 gezeigten Unterroutine des
ersten Ausführungsbeispiels berechnet. Weitere Routinen
werden auf die gleiche Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel
ausgeführt. Zum Beispiel wird die Sollleistung CW durch
Hinzufügen der korrigierenden Leistung Wec1 oder Wec2 in
der Unterroutine von 10 zu der durch die Unterroutine
von 9 berechneten bedingten Leistung Wp berechnet,
und an den Leistungsgenerator 17 ausgegeben.
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In
der in 15 gezeigten Berechnungsroutine
der korrigierenden Leistung werden in Schritt 401 die Lade-/Entladeleistungen
Wb1 und Wb2 berechnet. Die Leistung Wb1 entspricht dem zulässigen Spannungsschwankungslimit
Lv1, unter dem ein Fahrzeugfahrer Spannungsschwankungen nicht bemerken
wird. Die Leistung Wb2 entspricht dem zulässigen Spannungsschwankungslimit
Lv2, unter dem das System nicht ausfallen wird, obwohl der Fahrzeugfahrer
Spannungsschwankungen bemerken wird.
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In
dem nächsten Schritt 402 werden die Leistungsschwankungen
We1 und We2 berechnet. Die Leistungsschwankung We1 entspricht dem
zulässigen Drehzahlschwankungslimit Ls1, unter dem ein Fahrzeugfahrer
Drehzahlschwankungen nicht bemerken wird. Die Leistungsschwankung
We2 entspricht dem zulässigen Drehzahlschwankungslimit Ls2,
unter dem das System nicht ausfallen wird, obwohl der Fahrzeugfahrer
Spannungsschwankungen bemerken wird.
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In
Schritt 403 wird die Leistungsdifferenz |Wd| zwischen der
benötigten Leistung Wr und der bedingten Leistung Wp berechnet.
Anschließend wird in Schritt 405 diese Leistungsdifferenz
|Wd| mit einem Schwellenwertniveau |Wb1 + We1| verglichen, das zum
Unterscheiden des unproblematischen Bereichs und des Zwischenbereichs
dient. Wenn |Wd| < |Wb1
+ We1| gilt, wird angenommen, dass es möglich ist, die
Leistungserzeugungsleistungsgenerators 17 zu steuern, ohne
merkliche Schwankungen zu verursachen. In diesem Fall, wie in dem
ersten Ausführungsbeispiel, wird die erste korrigierende
Leistung Wec1 wie folgt in Schritt 405 berechnet. Wec = Wd × We1/(Wb1 + We1)
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Wenn
|Wd| ≥ |Wb1 + We1| gilt, wird die zweite korrigierende
Leistung Wec2 wie folgt in Schritt 406 berechnet. Wec2 = [Wd – (Wb1 + We1)] × (We2 – We1)/[(Wb2
+ We2) – (Wb1 + We1)] + We1
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Gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel gilt, dass in dem Fall, in
dem |Wd| > |Wb1 +
We1| gilt, der Leistungsgenerator 17 wie in 12 gezeigt
gesteuert werden kann, ohne zu verursachen, dass ein Fahrzeugfahrer
Batteriespannungsschwankungen und Motordrehzahlschwankungen bemerkt.
Weiterhin gilt, dass in dem Fall, in dem |Wd| ≥ |Wb1 +
We1| gilt, der Leistungsgenerator 17, wie in 14 gezeigt,
gesteuert werden kann, ohne einen Systemausfall zu verursachen,
so dass eine minimale Batteriespannung der elektrischen Lasten 19a, 19b beibehalten
werden, und das Motorabsterben verhindert werden kann.
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In
dem zweiten Ausführungsbeispiel können das zulässige
Batterielimit und das zulässige Motordrehzahlschwankungslimit
auf mehr als zwei Niveaus gemäß der Leistungsdifferenz
|Wd| geändert werden.
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Die
vorstehenden Ausführungsbeispiele können auf verschiedene
Weisen modifiziert werden, ohne von dem Umfang der anhängenden
Patentansprüche abzuweichen.
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Ein
Steuersystem für ein Fahrzeug weist eine Motorsteuereinheit
(13) für einen Motor (11) und eine Generatorsteuereinheit
(15) für einen Leistungsgenerator (17),
der durch den Motor angetrieben wird, auf. Die Motorsteuereinheit
(13) berechnet gemäß einer Ansprechverzögerung
des Motors ein bedingtes Leistungserzeugungsmoment, das zulässig ist,
durch den Leistungsgenerator verwendet zu werden. Die Generatorsteuereinheit
(15) berechnet eine Sollleistung (CW), die durch den Leistungsgenerator zu
erzeugen ist, so dass eine Batteriespannungsschwankung und eine
Motordrehzahlschwankung unterdrückt werden, um kleiner
zu sein, als entsprechende zulässige Schwankungsgrenzen,
wenn zwischen einer benötigten Leistung (Wr) und einer
bedingten Leistung (Wp), die durch das bedingte Moment erzeugt wird,
eine Leistungsdifferenz (Wd) verursacht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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