DE102012205120A1

DE102012205120A1 - Verfahren zur Regelung eines Energiewandlers in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012205120A1
Application number: DE201210205120
Authority: DE
Inventors: Joachim Fröschl; Josef Troll
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-02

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung eines Energiewandlers in einem Kraftfahrzeug, der eine erste Energieform eines ersten Systems in eine zweite Energieform eines zweiten Systems umwandelt, gibt sowohl das erste System im Hinblick auf die erste Energieform mindestens eine Sollgröße als auch das zweite System im Hinblick auf die zweite Energieform mindestens eine Sollgröße vor. Dabei wird durch eine erste Prioritätenvorgabe die Sollgröße nur eines Systems als alleinige Führungsgröße für eine entsprechende Reglerstellgröße vorgegeben, bis eine Abweichung der Istgröße des anderen Systems von der Sollgröße des anderen Systems einen definierten ersten Grenzwert erreicht hat.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung eines Energiewandlers, insbesondere Generators, in einem Kraftfahrzeug.
Stand der Technik:
Energiewandler sind Systeme, welche eine Energieform in eine andere Energieform wandeln. Ein Beispiel ist der Generator in einem Kraftfahrzeug, welcher die mechanische Energie des Verbrennungsmotors in elektrische Energie wandelt. Die Generatoren werden üblicherweise mittels einer Datenschnittstelle in ihrem Arbeitspunkt gesteuert oder geregelt. Derzeitig sind die Schnittstellen zum Generator auf das elektrische Managementsystem, insbesondere elektronisch gesteuertes oder geregeltes Bordnetz, und das mechanische Managementsystem, insbesondere Verbrennungsmotor mit elektronischen Steuergerät, aufgeteilt. Dabei befindet sich im elektrischen Managementsystem der Koordinator für die Sollspannungen und im mechanischen Managementsystem der Koordinator für die Load Response Time und die Erregerstrombegrenzung des Generators. Mit Load Response Time wird die Systemantwort, d. h. Flankensteilheit, auf eine Sollwertabweichung der Spannung beschrieben.
Beide Systeme können über verschiedene Prioritäten ihre jeweiligen Schnittstellen zum Generator gegenseitig beeinflussen. So kann zum Beispiel das mechanische Managementsystem eine Spannungsanforderung an das elektrische Managementsystem stellen und umgekehrt das elektrische Managementsystem eine Load Response Time-Änderung beim mechanischen Managementsystem anfordern. Beim mechanischen Management wirkt sich eine Sollspannungsänderung auch auf das Drehmoment des Verbrennungsmotors aus.
Nachteile des Stands der Technik:
Die Aufteilung der Generatorschnittstelle auf mehrere Systeme und die wechselseitige Beeinflussung führen zum einen zu einer hohen Komplexität und zum anderen wird durch die Verteilung des Generatormanagements das Kompromisspotential des Generators, bei konkurrierenden Anforderungen aus der Elektrik und Mechanik, nicht vollständig ausgeschöpft.
Weiterhin findet beim bestehenden System keine klare Trennung der physikalischen Größen statt. So kann beispielsweise das mechanische Managementsystem eine Momentenanforderung in Form einer Spannungsanforderung ausgeben. Diese fehlende Trennung der physikalischen Größen führt ebenfalls zu einer erhöhten Komplexität und zu einer Unübersichtlichkeit des Systems.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Regelung eines Energiewandlers in einem Kraftfahrzeug zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen, Erkenntnisse und Ideen zugrunde:
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur System-Anbindung eines Energiewandlers vorgeschlagen, das zur besseren Übersichtlichkeit die physikalischen Größen der unterschiedlichen Energieformen der Systeme, wie z. B. Elektrik und Mechanik, entkoppelt. Das Verfahren ist zweistufig, bezogen auf die zu lösende Aufgabe. Diese besteht darin, dass einerseits die Anforderung aus der einen Energieform, z. B. Elektrik, unter Berücksichtigung der Randbedingungen der anderen Energieform, z. B. Mechanik, erfüllt werden muss, und andererseits dass im Falle eines Lösungskonfliktes ein Prioritätsverfahren eingeleitet werden muss.
Die erste Stufe betrifft die funktionale Lösung der Anforderungen. Hierbei wird unterschieden, ob die Anforderung der ersten Energieform oder die Anforderung der zweiten Energieform zur Führungsgröße herangezogen wird. Die so ermittelte Führungsgröße, beispielsweise die Bordnetzspannung, wird als Sollgröße an den Regler des Energiewandlers, hier der Generator, gesendet. Dabei müssen aber gleichzeitig die Randbedingungen der zweiten Energieform berücksichtigt werden, wie beispielsweise ein minimales und maximales Lastmoment. Alternativ kann als Führungsgröße beispielsweise das Drehmoment, und als Randbedingungen die minimale und maximale Spannung gewählt werden.
Damit lassen sich einerseits die optimale Versorgung mit der ersten Energieform, beispielsweise die optimale Bordnetzspannung, oder die Gewährleistung eines ruhigen Motorlaufs oder die Verhinderung eines Ausgehens des Verbrennungsmotors darstellen.
Tritt bei der Erreichung der optimalen Lösung ein Konflikt auf, so dass beispielsweise die Bordnetzspannung nicht gehalten werden kann, weil das Drehmoment begrenzt werden muss (z. B. Unterstützung beim Anfahren des Fahrzeugs am Berg), so muss eine Priorisierung erfolgen. Durch eine festgelegte Priorität wird entsprechend der Situation, in welcher sich das Gesamtsystem befindet, eine Lösung erzwungen. Diese sichert einerseits den Betrieb des Gesamtsystems und fordert andererseits Einbußen bei der benachteiligten Energieform, z. B. einem Spannungseinbruch am Bordnetz.
Neben der Priorisierung kann auch eine Kompromisslösung oder eine gewichtete Optimierung erfolgen (z. B. eine Einschränkung beim Drehmomentwunsch und gleichzeitig ein tolerierter Spannungseinbruch). Die Systemanbindung erfolgt mittels dreier Schnittstellen. Eine Schnittstelle zu der einen Energieform (z. B. Elektrisches Energiemanagement), eine Schnittstelle zu der korrespondierenden Energieform (z. B. Drehmomentkoordinator) und eine Schnittstelle zu dem Energiewandler (hier Generator).
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Gesamtvorrichtung,
2 eine globale Übersicht über die Systeme-Anbindung des Energiewandlers nach der Erfindung und
3 eine globale Übersicht über die Systeme-Anbindung des Energiewandlers nach dem Stand der Technik.
In 1 ist ein erstes eine erste Energieform lieferndes System 1, ein zweites eine zweite Energieform erhaltendes System 2 und ein Energiewandler 3 zwischen dem ersten System 1 und dem zweiten System 2 dargestellt. Das erste System 1 sei in diesem Ausführungsbeispiel ein Verbrennungsmotor, das zweite System 2 sei ein Kraftfahrzeug-Bordnetz und der Energiewandler 3 sei ein Generator. Somit ist die erste Energieform ein Drehmoment M_ist und die zweite Energieform eine Generatorausgangsspannung U_ist und ein Generatorausgangsstrom I_ist. Insoweit ist die Vorrichtung Stand der Technik.
Die Erfindung enthält insbesondere ein Programmodul 5 in einem elektronischen Steuergerät 4, das ein ohnehin vorhandenes Antriebssteuergerät sein kann und beispielweise auch den Betrieb des Verbrennungsmotors 1 steuert. Das Programmmodul 5 enthält verschiedene Eingangssignale als Information und ist insbesondere durch entsprechende Programmierung folgendermaßen ausgestaltet:
Es weist eine erste Schnittstelle 4.1 zum Verbrennungsmotor 1, eine zweite Schnittstelle 4.2 zum Bordnetz 2 und eine dritte Schnittstelle 4.3 zum Energiewandler 3 auf. Über die Schnittstellen 4.1 bis 4.3 sind Sollgrößen, wie beispielsweise U_opt und M_opt, sowie Grenzwerte, wie beispielweise U_min, U_max, M_min und M_max, übermittelbar. Auf die Sollgrößen und Grenzwerte wird weiter unten näher eingegangen. Der Energiewandler 3 ist über programmierte Prioritätenvorgaben, wie hier Prio_1 zur Priorisierung des Systems 1 vor dem System 2 oder Prio_2 zur Priorisierung des Systems 2 vor dem System 1, immer nur auf eine Sollgröße des einen Systems oder auf einen Grenzwert des anderen Systems regelbar.
Im folgenden Fallbeispiel wird angenommen, dass das erste System 1 über die Schnittstelle 4.1 ein optimales Drehmoment M_opt als Sollgröße für den Verbrennungsmotor 1 vorgibt und dass das zweite System 2 über die Schnittstelle 4.2 eine optimale Spannung U_opt als Sollgröße für das Bordnetz 2 vorgibt.
Darüber hinaus werden im dargestellten Fallbeispiel als Grenzwert des ersten Systems 1 ein maximales Schleppmoment M_max für den Verbrennungsmotor und als Grenzwert des zweiten Systems 2 eine für die Funktionsfähigkeit des Bordnetzes 2 minimal zulässige Bordnetzspannung U_min vorgegeben.
Zunächst soll durch eine erste Prioritätenvorgabe – hier Prio_2 – die Sollgröße U_opt des Systems 2 priorisiert werden, daher wird diese als alleinige Führungsgröße für eine entsprechende Reglerstellgröße, hier Generatorreglerspannung U_reg, vorgegeben. Prio_2 gilt bis zum Erreichen des Grenzwertes M_max des ersten Systems 1. Überschreitet die Istgröße der ersten Energieform – hier M_ist – des ersten Systems 1 den definierten Grenzwert M_max, wechselt die Prioritätenvorgabe von Prio_2 zu Prio_1. Dadurch wird der Grenzwert M_max des ersten Systems 1 als alleinige Führungsgröße für eine entsprechende Reglerstellgröße, hier für den Generatorerregerstrom I_reg, des anderen Systems 1 festgelegt. Die Überschreitung des Grenzwertes M_max kann beispielsweise erfolgen, wenn ein Sprung des Generatorausgangsstroms I_ist durch das Bordnetz 2 angefordert wird. Der Generatorausgangsstroms I_ist (zweite Energieform) verhält sich proportional zum Drehmoment M_ist (erste Energieform) des Verbrennungsmotors 1.
Erreicht anschließend die Istgröße U_ist des zweiten Systems 2 den definierten Grenzwert U_min des zweiten Systems 2 oder wird der erste Grenzwert M_max des ersten Systems 1 wieder unterschritten, hier beispielsweise nach Ablauf einer Stromsprung-Zeit zwischen t0 und t1, ist vorzugsweise wieder eine Prioritätenvorgabe Prio_2 programmiert.
Durch diese erfindungsgemäße Prioritätenvorgabe für ein System, das jedoch immer Grenzwerte des (der) anderen Systems (Systeme) berücksichtigt, wird die Regelung des Energiewandlers berechenbarer und einfacher. Dies wird durch die in 2 nochmal zusammenfassend dargestellte erfindungsgemäße Gesamtstruktur ermöglicht. Im Vergleich hierzu ist in 3 die Gesamtstruktur des Standes der Technik zusammenfassend dargestellt, durch die unterschiedliche Anforderungen der Systeme 1 und 2 unkoordiniert (also ohne Prioritätenvorgabe und ohne Grenzwertvorgabe zur Umpriorisierung) an eine Energiewandler-Regelungs-Schnittstelle 4.3'' übermittelt werden.

Claims

Verfahren zur Regelung eines Energiewandlers (3) in einem Kraftfahrzeug, der eine erste Energieform (M_ist) eines ersten Systems (1) in eine zweite Energieform (U_ist, I_ist) eines zweiten Systems (2) umwandelt, wobei sowohl das erste System (1) im Hinblick auf die erste Energieform mindestens eine Sollgröße (M_opt) vorgibt als auch das zweite System (2) im Hinblick auf die zweite Energieform mindestens eine Sollgröße (U_opt) vorgibt und wobei durch eine erste Prioritätenvorgabe (Prio_2) die Sollgröße (U_opt) nur eines Systems (2) als alleinige Führungsgröße für eine entsprechende Reglerstellgröße (U_reg) vorgegeben wird, bis eine Abweichung der Istgröße (M_ist) der Energieform des anderen Systems (1) von deren Sollgröße (M_opt) einen definierten ersten Grenzwert (M_max) erreicht hat.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen des definierten ersten Grenzwertes (M_max) durch eine zweite Prioritätenvorgabe (Prio_1) dieser als alleinige Führungsgröße für eine entsprechende Reglerstellgröße (I_reg) des anderen Systems (1) festgelegt wird, bis anschließend eine Abweichung der Istgröße (U_ist) der Energieform des einen Systems (2) von deren Sollgröße (U_opt) einen definierten zweiten Grenzwert (U_min) erreicht hat oder der erste Grenzwert (M_max) wieder unterschritten ist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, mit einem ersten eine erste Energieform liefernden System (1), mit einem zweiten eine zweite Energieform erhaltenden System (2) und mit einem Energiewandler (3) zwischen dem ersten und dem zweiten System, wobei ein Programmodul (5) in einem elektronischen Steuergerät (4) derart ausgestaltet ist, dass es je eine Schnittstelle (4.1, 4.2, 4.3) zum erste System (1), zum zweiten System (2) und zum Energiewandler (3) aufweist, über die die Sollgrößen (U_opt; M_opt) und/oder Grenzwerte (U_min, U_max; M_min, M_max) übermittelbar sind, und dass der Energiewandler (3) über programmierte Prioritätenvorgaben (Prio_1, Prio_2) immer nur auf eine Sollgröße des einen Systems oder auf einen Grenzwert des anderen Systems regelbar ist.