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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur temperaturabhängigen Steuerung der Ausgangsleistung eines Kraftfahrzeuggenerators.
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Stand der Technik
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Die Hitzebeständigkeit eines Kraftfahrzeuggenerators und seiner Komponenten kann durch eine Regelung oder Steuerung des Stromes des Kraftfahrzeuggenerators verbessert werden. Durch ein gezieltes Reduzieren der Ausgangsleistung des Kraftfahrzeuggenerators in kritischen Betriebszuständen kann die entstehende Verlustleistung verringert werden, so dass eine jeweils kritische Bauteiltemperatur nicht überschritten wird. Die Reduktion des Generatorstromes kann durch eine Reduktion des durch die Erregerwicklung des Kraftfahrzeuggenerators fließenden Erregerstromes bzw. durch eine Verringerung des Tastverhältnisses des Ansteuersignals der Endstufe des Generatorreglers auf einen vorgegebenen Grenzwert erreicht werden. Dieses Reduzieren der Ausgangsleistung des Kraftfahrzeuggenerators wird beispielsweise dann durchgeführt, wenn eine gemessene Generatortemperatur eine vorgegebene Grenztemperatur überschreitet.
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Eine abrupte Verringerung des Tastverhältnisses des Ansteuersignals der Endstufe des Generatorreglers auf den vorgegebenen Grenzwert bzw. eine abrupte Verringerung des durch die Erregerwicklung des Kraftfahrzeuggenerators fließenden Erregerstromes auf den vorgegebenen Grenzwert kann allerdings den Betrieb des Kraftfahrzeugmotors negativ beeinflussen, insbesondere destabilisieren.
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Aus der
US 2008/0074087 A1 ist eine Leistungssteuervorrichtung für einen Fahrzeuggenerator bekannt. Diese Leistungsvorrichtung enthält einen Temperaturdetektor, der zur Detektion einer Temperatur des Fahrzeuggenerators vorgesehen ist, und einen Leistungssteuerkreis. Dieser Leistungssteuerkreis hat die Aufgabe, die Ausgangsleistung des Fahrzeuggenerators zu reduzieren, wenn die vom Temperaturdetektor ermittelte Temperatur eine vorgegebenen Referenztemperatur überschreitet. Die Reduzierung der Ausgangsleistung des Fahrzeuggenerators erfolgt linear in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der vom Temperaturdetektor ermittelten Temperatur und der vorgegebenen Referenztemperatur.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie eine Vorrichtung mit den im Anspruch 9 angegebenen Merkmalen weisen demgegenüber den Vorteil auf, dass die temperaturabhängige Steuerung der Ausgangsleistung besser an die Veränderungen der Temperatur des Kraftfahrzeuggenerators angepasst ist. Insbesondere spricht die temperaturabhängige Steuerung bei Bedarf schneller auf Veränderungen der Temperatur des Kraftfahrzeuggenerators an als bekannte Steuerungen. Andererseits kann die temperaturabhängige Steuerung bei Bedarf auch langsamen Veränderungen der Temperatur des Kraftfahrzeuggenerators genauer folgen als bekannte Steuerungen. Dies wirkt sich positiv auf den Betrieb des Fahrzeugmotors aus, welcher im Vergleich zum Stand der Technik stabilisiert wird. Erreicht werden diese Vorteile im Wesentlichen dadurch, dass keine lineare, sondern eine exponentielle oder eine stufenweise nichtlineare Veränderung der Ausgangsleistung des Kraftfahrzeuggenerators durchgeführt wird.
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Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender Erläuterung anhand der Zeichnung. Es zeigt:
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1 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur temperaturabhängigen Steuerung der Ausgangsleistung eines Kraftfahrzeuggenerators,
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2 eine detailliertere Darstellung der Reglersteuerung 7 von 1,
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3 eine detailliertere Darstellung der Generatoransteuereinheit 17 von 2,
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4 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für eine Verringerung des Erregerstromes,
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5 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für eine Verringerung des Tastverhältnisses,
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6 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für eine Verringerung der Generatorregelspannung,
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7 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine Verringerung des Erregerstromes,
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8 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine Verringerung des Tastverhältnisses und
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9 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine Verringerung der Generatorregelspannung.
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Die 1 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung zur temperaturabhängigen Steuerung der Ausgangsleistung eines Kraftfahrzeuggenerators. Die dargestellte Vorrichtung 11 weist einen Generatorregler 1 und eine Generatoreinheit 10 auf, die an ihrem Ausgang eine Versorgungsgleichspannung für das Bordnetz 12 eines Kraftfahrzeugs bereitstellt.
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Die Generatoreinheit 10 weist einen Generator 2 und eine Gleichrichteranordnung 9 auf. Der Generator 2 enthält eine Erregerwicklung 5 und nicht näher dargestellte Phasenwicklungen, die beispielsweise in Form einer Sternschaltung oder einer Dreieckschaltung miteinander verschaltet sind. Der Generator 2 stellt an seinen Phasenspannungsanschlüssen U, V und W Wechselspannungen zur Verfügung, die der nachgeschalteten Gleichrichteranordnung 9 zugeführt werden. Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann auch eine andere Anzahl von Phasen bzw. Phasenspannungsanschlüssen vorliegen.
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Die Gleichrichteranordnung 9 enthält drei Zweige, von denen jeder eine Reihenschaltung zweier Dioden oder anderer geeigneter Komponenten aufweist und einem anderen der Phasenspannungsanschlüsse des Generators zugeordnet ist.
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Der Phasenspannungsanschluss U des Generators 2 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen den Dioden D1 und D4 des ersten Gleichrichterzweigs verbunden. Der Phasenspannungsanschluss V des Generators 2 ist an einen Verbindungspunkt zwischen den Dioden D2 und D5 des zweiten Gleichrichterzweigs angeschlossen. Der Phasenspannungsanschluss W des Generators 2 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Dioden D3 und D6 des dritten Gleichrichterzweigs verbunden.
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Die Kathoden der Dioden D4, D5 und D6 sind miteinander verbunden. Dort wird die Ausgangsgleichspannung der Generatoreinheit 10 bereitgestellt und an das Bordnetz 12 weitergegeben. Die Anoden der Dioden D1, D2 und D3 sind ebenfalls miteinander verbunden und liegen auf Masse.
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Der Phasenspannungsanschluss W des Generators 2 steht des Weiteren über einen Anschluss X des Generatorreglers 1 mit der Reglersteuerung 7 des Generatorreglers 1 und über einen Widerstand R3 und eine Masseverbindung 3 des Generatorreglers mit Masse 4 in Verbindung.
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Der Generatorregler 1 weist einen Betriebsspannungsanschluss B+ sowie weitere Anschlüsse DF, D– und X auf. Des Weiteren enthält der Generatorregler eine Reglersteuerung 7, welche mit einer Steuereinheit versehen ist. Die Reglersteuerung 7 ist dazu vorgesehen, einem Schalttransistor 6 ein PWM-Ansteuersignal zur Verfügung zu stellen, welches ein Tastverhältnis aufweist. Die Reglersteuerung 7 ist weiterhin mit dem Betriebsspannungsanschluss B+ und über die Masseverbindung 3 mit Masse 4 verbunden. Ferner steht die Reglersteuerung 7 mit dem Anschluss X des Generatorreglers 1 in Verbindung, um ein vom Phasenspannungsanschluss W des Generators 2 abgeleitetes Phasenspannungssignal zu empfangen.
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Darüber hinaus weist die in der 1 gezeigte Vorrichtung einen Erregerstromkreis auf. Dieser verläuft vom Betriebsspannungsanschluss B+ des Generatorreglers 1 über den Schalttransistor 6 des Generatorreglers, den Anschluss DF des Generatorreglers, die Erregerwicklung 5, den Anschluss D– des Generatorreglers und die Masseverbindung 3 nach Masse 4. Zwischen die Anschlüsse D– und DF des Generatorreglers 1 ist entweder eine Freilaufdiode 8 geschaltet oder es wird ein aktiver Freilauf mit einem Schalttransistor verwendet.
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Die Reglersteuerung 7, welche mit dem Betriebsspannungsanschluss B+ und über den Anschluss X mit dem Phasenspannungsanschluss W des Generators 2 verbunden ist, steuert den Schalter 6 mit einem Steuersignal s derart an, dass ein Erregerstrom durch die Erregerwicklung 5 fließt, der sowohl von der am Betriebsspannungsanschluss B+ vorliegenden Gleichspannung als auch zeitweise von der ihr über den Anschluss X zugeleiteten Phasenspannung abhängig ist.
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Im Betrieb der in der 1 gezeigten Vorrichtung erwärmen sich die Bauteile der Generatoreinheit 10 und auch die Bauteile des Generatorreglers 1. Übersteigt die Temperatur der Generatoreinheit und/oder des Generatorreglers einen vorgegebenen Temperaturschwellenwert, dann können kritische Betriebszustände auftreten, die zu einer Zerstörung von Bauteilen bzw. zur Zerstörung der Generatoreinheit und/oder des Generatorreglers führen können. Um dies zu verhindern ist eine Veränderung der Ausgangsleistung der Generatoreinheit 10 in Abhängigkeit von der mittels einer Messvorrichtung erfassten Temperatur des Generatorreglers oder der Generatoreinheit vorgesehen. Diese Veränderung der Ausgangsleistung der Generatoreinheit 10 wird insbesondere dann in die Wege geleitet, wenn die mittels der Temperaturmessvorrichtung erfasste Temperatur einen vorgegebenen Temperaturschwellenwert übersteigt. In diesem Fall sorgt eine Steuereinheit, welcher die von der Temperaturmessvorrichtung erfasste Temperatur und weitere Messgrößen übermittelt werden, dafür, dass die Ausgangsleistung der Generatoreinheit 10 entweder stufenweise nichtlinear oder exponentiell verringert wird. Dies geschieht dadurch, dass die Steuereinheit, die vorzugsweise integrierter Bestandteil der Reglersteuerung 7 ist, dem Schalter 6 des Generatorreglers 1 ein geeignetes Steuersignal zuführt, auf Grund dessen der durch die Erregerspule 5 fließende Erregerstrom entweder stufenweise nichtlinear oder exponentiell reduziert wird.
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Dies wird nachfolgend anhand der 2 und 3 näher erläutert, wobei die 2 eine detailliertere Darstellung eines Ausführungsbeispiels für die Reglersteuerung 7 von 1 und die 3 eine detailliertere Darstellung eines Ausführungsbeispiels für die Generatoransteuereinheit 17 von 2 zeigt.
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Wie aus der 2 hervorgeht, weist die Reglersteuerung 7 eine Messvorrichtung 13 zur Erfassung des Ist-Erregerstromes, eine Messvorrichtung 14 zur Erfassung der Ist-Generatordrehzahl und eine Temperaturmessvorrichtung 15 auf, wobei letztere beispielsweise im Generatorregler 1 positioniert ist. Die Ausgangssignale dieser Messvorrichtungen 13, 14, 15 werden einer Recheneinheit 16 zugeführt, welche aus den von den Messvorrichtungen erhaltenen Messwerten einen Begrenzungswert berechnet. Dieser von der Recheneinheit 16 ermittelte Begrenzungswert wird ebenso wie der von der Messvorrichtung 13 ermittelte Messwert der Generatoransteuereinheit 17 zugeführt, die ihrerseits aus den ihr zugeführten Eingangssignalen ein Ansteuersignal für die Generatoreinheit 10 ermittelt und an die Generatoreinheit 10 weiterleitet. Dieses Ansteuersignal beeinflusst den Erregerstrom des Generators 2 in jeweils gewünschter Weise.
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Die 3 zeigt eine detailliertere Darstellung eines Ausführungsbeispiels für die Generatoransteuereinheit 17 von 2. Die Generatoransteuereinheit 17 weist einen Subtrahierer 18 auf, in welcher der von der Recheneinheit 16 bereitgestellte Begrenzungswert vom Ausgangssignal der Messvorrichtung 13 in einem Subtrahierer 18 subtrahiert wird.
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Das Ausgangssignal des Subtrahierers 18 wird einem Dividierer 19 zugeführt und in diesem durch einen fest eingestellten Divisor geteilt. Das Ausgangssignal des Dividierers 19 wird in einem weiteren Subtrahierer 20 vom Ausgangssignal der Messvorrichtung 13 subtrahiert. Am Ausgangssignal des weiteren Subtrahierers 20 steht das Ansteuersignal für die Generatoreinheit 10 zur Verfügung.
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Die 4 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für die vorstehend beschriebene Verringerung des Erregerstromes IE. In diesem Diagramm ist längs der Abszisse die Zeit t und längs der Ordinate der Erregerstrom IE aufgetragen. Bis zu einem Zeitpunkt t1 hat der Erregerstrom IE den Wert IE1. Zum Zeitpunkt 11 wird detektiert, dass die von der Temperaturmessvorrichtung erfasste Temperatur einen vorgegebenen Temperaturschwellenwert überschreitet. Ab diesem Zeitpunkt erfolgt eine Reduzierung des Erregerstromes IE, wobei diese Reduzierung des Erregerstromes entweder stufenweise nichtlinear (Kurve K1) oder exponentiell (Kurve K2) verläuft. Es ist ersichtlich, dass die Schrittweite der Stufen von Schritt zu Schritt geringer wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Differenz zwischen dem von der Messeinrichtung 13 erfassten Ist-Erregerstrom und dem von der Recheneinheit 16 bereitgestellten Begrenzungswert sich ebenfalls reduziert.
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Durch die Größe des Divisors kann dabei eingestellt werden, wie schnell sich der aktuelle Begrenzungswert einem vorgegebenen Erregerstrom-Grenzwert, der beim gezeigten Ausführungsbeispiel IE2 beträgt, annähert. Die Festlegung des Divisors kann in Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Applikation erfolgen.
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Bei dem in der 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Erregerstrom IE anfänglich schnell reduziert und nähert sich dann vergleichsweise langsam dem vorgegebenen Erregerstrom-Grenzwert IE2 an.
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Statt der stufenweisen nichtlinearen oder exponentiellen Einstellung des Erregerstromes IE können auch weitere Reglergrößen als Eingangsgrößen für eine Begrenzung der Generatorausgangsleistung dienen. So sind Ausführungen möglich, bei denen eine stufenweise nichtlineare oder eine exponentielle Absenkung der Generatorregelspannung UG erfolgt. Ferner sind Ausführungen möglich, bei denen eine stufenweise nichtlineare oder eine exponentielle Absenkung des Tastverhältnisses TV erfolgt. In diesem Fall dient anstelle des Erregerstromes das gemessene Tastverhältnis TV bzw. die gemessene Generatorregelspannung UG als Eingangsgröße für die Recheneinheit 16 und die Generatoransteuereinheit 17.
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Die 5 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für eine Verringerung des Tastverhältnisses TV. In diesem Diagramm ist längs der Abszisse die Zeit t und längs der Ordinate das Tastverhältnis TV aufgetragen. Bis zu einem Zeitpunkt t1 hat das Tastverhältnis den Wert TV1. Zum Zeitpunkt t1 wird detektiert, dass das von einer Messvorrichtung erfasste Tastverhältnis einen vorgegeben Tastverhältnis-Schwellenwert überschreitet. Ab diesem Zeitpunkt erfolgt eine Reduzierung des Tastverhältnisses TV, wobei diese Reduzierung des Tastverhältnisses entweder stufenweise nichtlinear (Kurve K1) oder exponentiell (Kurve K2) verläuft. Es ist ersichtlich, dass die Schrittweite der Stufen von Schritt zu Schritt geringer wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Differenz zwischen dem von einer Messeinrichtung erfassten Ist-Tastverhältnis und dem von der Recheneinheit 16 bereitgestellten Begrenzungswert sich ebenfalls reduziert.
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Durch die Größe des Divisors kann dabei eingestellt werden, wie schnell sich der aktuelle Begrenzungswert dem vorgegebenen Tastverhältnis-Grenzwert, der beim gezeigten Ausführungsbeispiel TV2 beträgt, annähert. Die Festlegung des Divisors kann in Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Applikation erfolgen.
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Bei dem in der 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Tastverhältnis TV anfänglich schnell reduziert und nähert sich dann vergleichsweise langsam dem Tastverhältnis-Grenzwert TV2 an.
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Die 6 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für eine Verringerung der Regelspannung UG. In diesem Diagramm ist längs der Abszisse die Zeit t und längs der Ordinate die Regelspannung UG aufgetragen. Bis zu einem Zeitpunkt t1 hat die Regelspannung UG den Wert UG1. Zum Zeitpunkt t1 wird detektiert, dass die von einer Messvorrichtung erfasste Regelspannung einen vorgegeben Regelspannungs-Schwellenwert überschreitet. Ab diesem Zeitpunkt erfolgt eine Reduzierung der Regelspannung UG, wobei diese Reduzierung der Regelspannung entweder stufenweise nichtlinear (Kurve K1) oder exponentiell (Kurve K2) verläuft. Es ist ersichtlich, dass die Schrittweite der Stufen von Schritt zu Schritt geringer wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Differenz zwischen der von der Messeinrichtung erfassten Ist-Regelspannung von dem von der Recheneinheit 16 bereitgestellten Begrenzungswert sich ebenfalls reduziert.
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Durch die Größe des Divisors kann dabei eingestellt werden, wie schnell sich der aktuelle Begrenzungswert einem vorgegebenen Regelspannungs-Grenzwert, der beim gezeigten Ausführungsbeispiel UG2 beträgt, annähert. Die Festlegung des Divisors kann in Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Applikation erfolgen.
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Bei den in der 6 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Regelspannung anfänglich schnell reduziert und nähert sich dann langsam dem Regelspannungs-Grenzwert UG2 an.
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Alternativ zu den in den 4 bis 6 gezeigten Beispielen kann die zu reduzierende Größe bei Bedarf auch anfänglich langsam reduziert werden und sich dann vergleichsweise schnell dem jeweiligen Grenzwert annähern. Dies ist anhand der 7 bis 9 veranschaulicht.
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Die 7 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für eine Verringerung des Erregerstromes IE. In diesem Diagramm ist längs der Abszisse die Zeit t und längs der Ordinate der Erregerstrom IE aufgetragen. Bis zu einem Zeitpunkt t1 hat der Erregerstrom IE den Wert IE1. Zum Zeitpunkt t1 wird detektiert, dass die von der Temperaturmessvorrichtung erfasste Temperatur einen vorgegeben Temperatur-Schwellenwert überschreitet. Ab diesem Zeitpunkt erfolgt eine Reduzierung des Erregerstromes IE, wobei diese Reduzierung des Erregerstromes entweder stufenweise nichtlinear (Kurve K1) oder exponentiell (Kurve K2) verläuft. Es ist ersichtlich, dass die Schrittweite der Stufen von Schritt zu Schritt größer wird.
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Die 8 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für eine Verringerung des Tastverhältnisses TV. In diesem Diagramm ist längs der Abszisse die Zeit t und längs der Ordinate das Tastverhältnis TV aufgetragen. Bis zu einem Zeitpunkt t1 hat das Tastverhältnis TV den Wert TV1. Zum Zeitpunkt t1 wird detektiert, dass das von einer Messvorrichtung erfasste Tastverhältnis einen vorgegeben Tastverhältnis-Schwellenwert überschreitet. Ab diesem Zeitpunkt erfolgt eine Reduzierung des Tastverhältnisses TV, wobei diese Reduzierung des Tastverhältnisses TV entweder stufenweise nichtlinear (Kurve K1) oder exponentiell (Kurve K2) verläuft. Es ist ersichtlich, dass die Schrittweite der Stufen von Schritt zu Schritt größer wird.
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Die 9 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels für eine Verringerung der Regelspannung UG. In diesem Diagramm ist längs der Abszisse die Zeit t und längs der Ordinate die Regelspannung UG aufgetragen. Bis zu einem Zeitpunkt t1 hat die Regelspannung UG den Wert UG1. Zum Zeitpunkt t1 wird detektiert, dass die von einer Messvorrichtung erfasste Regelspannung einen vorgegeben Regelspannungs-Schwellenwert überschreitet. Ab diesem Zeitpunkt erfolgt eine Reduzierung der Regelspannung UG, wobei diese Reduzierung der Regelspannung UG entweder stufenweise nichtlinear (Kurve K1) oder exponentiell (Kurve K2) verläuft. Es ist ersichtlich, dass die Schrittweite der Stufen von Schritt zu Schritt größer wird.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht nach alledem eine gezielte Reduktion der Ausgangsleistung eines Kraftfahrzeuggenerators. Dadurch werden auch die Temperaturen des Generatorreglers und des Kraftfahrzeuggenerators gezielt reduziert. Um eine schnelle Reaktion auf steigende Ist-Temperaturen zu ermöglichen, verläuft das Verringern der jeweils verwendeten Generatorgröße nicht linear, sondern entweder exponentiell oder stufenweise nichtlinear. Dadurch wird erreicht, dass kein abruptes Einstellen von der den Generatorstrom beeinflussenden Größe vorgenommen wird, was vorteilhaft für einen stabilen Betrieb des Motors des Kraftfahrzeugs ist. In Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Applikation kann eine schnellere oder eine langsamere Reduzierung unter Verwendung des beschriebenen nichtlinearen oder exponentiellen Verlaufs beispielsweise des Erregerstromes, der Generatorregelspannung oder des Tastverhältnisses des Ansteuersignals für die Endstufe des Generatorreglers vorgenommen werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, nach der vorstehend beschriebenen Reduzierung der Ausgangsleistung des Kraftfahrzeuggenerators die Temperatur des Kraftfahrzeuggenerators und/oder des Generatorreglers weiterhin zu erfassen und mit einem weiteren Temperaturschwellenwert zu vergleichen, der im Voraus festgelegt wird und kleiner ist als der oben genannte Temperaturschwellenwert. Wird detektiert, dass die gemessene Temperatur den weiteren Temperaturschwellenwert unterschreitet, dann wird die Begrenzung der Leistung des Kraftfahrzeuggenerators entweder stufenweise nichtlinear oder exponentiell wieder aufgehoben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2008/0074087 A1 [0004]
