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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl
eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs umfassend einen Strom
erzeugenden Generator, über
den ein oder mehrere im vom Generator versorgten Bordnetzstromkreis
befindliche Verbraucher gespeist werden.
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Aus
Verbrauchs- und Komfortgründen
wird bei vielen Kraftfahrzeugen die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors
immer weiter abgesenkt. Teilweise sind Leerlaufdrehzahlen bis 600
U/min realisiert. Eine weitere Absenkung wird durch die Funktion
der Nebenaggregate, insbesondere durch die Leistungsminderung des
Generators verhindert. Bei niedriger Motordrehzahl und hohem Bordnetzstrom bricht
die Bordnetzspannung ein und die Batterie wird entladen. Die Lebensdauer
der Batterie sinkt. Bei vielen Kraftfahrzeugen wird infolgedessen
abhängig
von der Batterie- oder Bordnetzspannung eine Leerlaufdrehzahlanhebung
vorgenommen. Diese Anhebung wird entweder unmittelbar nach dem Erkennen
einer Unterspannung sofort umgesetzt oder es wird eine Unterspannung
detektiert und beim nächsten
Leerlauf eine höhere
Drehzahl eingestellt. Die erste Anhebungsvariante führt häufig zu
einer Verunsicherung des Fahrers, da sich die Leerlaufdrehzahl ohne
Einwirkung des Fahrers selbständig
erhöht.
Die zweite Anhebungsvariante wird erst nach einer erneuten Fahrt
wirksam. In der Zwischenzeit wird also die Batterie entladen, der
Zeitabstand zur nächsten
Fahrt bzw. zum nächsten
Leerlauf ist unbekannt.
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In
der Druckschrift
DE
44 22 329 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeug-Bordnetzes beschrieben. Dabei
wird für
die Verringerung der Versorgung von Verbrauchern mit elektrischer
Energie die momentane Kapazität
der Bordbatterie unter Berücksichtigung ihrer
Geschichte und des Wirkungsgrads der elektrischen Energieerzeugung
herangezogen. Der Bordnetzstrom wird direkt über einen Shunt gemessen.
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Die
Druckschrift
DE 195
25 697 A1 betrifft ein Verfahren zur Spannungsversorgung
eines Kraftfahrzeugs. Bei diesem Verfahren ist eine Einrichtung
zur Regelung der Leerlaufdrehzahl des Motors vorgesehen, wobei die
Regelung in Abhängigkeit
vom jeweiligen Betriebszustand des Akkumulators erfolgt. Dabei wird
die Einrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl von einem vom
Ladezustand des Akkumulators abhängigen
Regelsignal beaufschlagt.
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Aus
DE 101 12 217 A1 sind
ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erfassung des Ausgangsstromes
eines Generators bekannt. Der Generatorstrom wird geeigneten Kennfeldern,
in denen Ersatzgrößen angegeben
sind, entnommen. Als geeignete Ersatzgrößen sind das Tastverhältnis einer
Feldendstufe sowie hinsichtlich der Ladebilanz einer Fahrzeugbatterie
ein Temperaturmodell genannt.
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Der
Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Drehzahlsteuerung
anzugeben, das die Einstellung niedriger Leerlaufdrehzahlen besser
und flexibler ermöglicht.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist beim Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass bei Betrieb des Motors der vom Generator von den Verbrauchern
aufgenommene Bordnetzstrom ermittelt und in Abhängigkeit davon die einzustellende
minimale Leerlaufdrehzahl ermittelt wird, bei der keine oder eine
definierte zulässige Batterieentladung
eintritt, wobei die Ermittlung des Bordnetzstroms indirekt über das
Tastverhältnis
des Generatorerregerstroms, der Generatordrehzahl und der Generatortemperatur
anhand eines Generatorstromkennfelds erfolgt.
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Der
Erfindung liegt die Überlegung
zugrunde, dass die Änderung
des Bordnetzstroms normalerweise ein träger Vorgang ist und weitgehend
drehzahl unabhängig
ist. Der Stromverbrauch während der
Fahrt bzw. bei höheren
Drehzahlen entspricht mit großer
Wahrscheinlichkeit dem Verbrauch beim nächsten Leerlauf. Die Erfindung
sieht nun vor, kontinuierlich oder in vorzugsweise definierten Intervallen
den von den Verbrauchern gezogenen Bordnetzstrom zu ermitteln und
in Abhängigkeit
des ermittelten Bordnetzstroms eine minimale Leerlaufdrehzahl zu
bestimmen, auf die die Drehzahl beim nächsten Leerlauf abgesenkt werden
kann, und die gerade noch sicherstellt, dass hinreichend Strom geliefert wird,
es also nicht zu einer Unterspannung kommt, die zu einer Batterieentladung
führt,
oder die eine gerade noch als zulässig definierte Batterieentladung zulässt. Der
besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin,
dass hier nicht auf eine bereits gegebene Batterieentladung reagiert
wird, sondern eine Leerlaufdrehzahl eingestellt wird, die gerade
noch zulässig
ist. Es können
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
sehr niedrige Leerlaufdrehzahlen realisiert werden, die sich am
tatsächlichen
Strombedarf orientieren, das heißt die Drehzahleinstellung
erfolgt bedarfsabhängig.
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Die
Ermittlung des Bordnetzstroms wird indirekt über das Tastverhältnis des
Generatorerregerstroms, der Generatordrehzahl und der Generatortemperatur
anhand eines Generatorstromkennfelds vorgenommen. Der gelieferte
Generatorstrom ist zum einen vom Tastverhältnis der Erregermaschine, also
dem Erregerstrom abhängig.
Weiterhin ist der Generatorstrom von der Generatordrehzahl abhängig, und
schließlich
besteht eine relativ starke Temperaturabhängigkeit des gelieferten Generatorstroms.
Werden diese Parameter aufgenommen, so wird unter Verwendung eines
Generatorstromkennfelds der tatsächlich
aufgenommene Bordnetzstrom bestimmt. Die Generatordrehzahl kann
dabei direkt erfasst werden, auch ist eine indirekte Erfassung über die
Motordrehzahl sowie das Übersetzungsverhältnis zum
Generator möglich.
Die Generatortemperatur kann direkt insbesondere mittels eines Thermoelements
oder indirekt durch Messung des Generatorerregerstroms erfolgen.
Der Generatorerregerstrom wiederum kann entweder durch klassische
Strommessung mit einem Shunt-Widerstand oder rechnerisch ermittelt
werden, wozu zunächst
der Widerstand der Erregermaschinenwicklung bei einer bestimmten
Temperatur, in einem zweiten Schritt der Widerstand bei einer Erwärmung der
Erregerwicklung und schließlich
der Erregerstrom anhand der bekannten Beziehung I = U/R ermittelt
wird.
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Zur
Ermittlung der einzustellenden Leerlaufdrehzahl kann nach einer
vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgesehen sein,
dass anhand des Bordnetzstroms zunächst die aktuelle bordnetzstrombezogene
Generatorkennlinie bestimmt wird, anhand welcher die einzustellende
Leerlaufdrehzahl bestimmt wird. Die Generatorkennlinie wird unter
Berücksichtigung
insbesondere der Generatortemperatur bestimmt. Anhand der Generatorkennlinie
erfolgt dann die Bestimmung der minimal zulässigen und nachfolgend einzustellenden
Leerlaufdrehzahl, wobei dies natürlich
unter Berücksichtigung
einer vorgegebenen zulässigen
Batterieentladung erfolgt, sofern eine solche definiert ist. Falls
nicht wird die Leerlaufdrehzahl so bestimmt, dass sie so niedrig ist,
dass es gerade nicht zu einer Batterieentladung kommt.
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Neben
dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft
die Erfindung ferner ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor,
ein die Drehzahl des Verbrennungsmotors steuerndes Steuergerät und einen
Strom erzeugenden Generator zum Speisen eines oder mehrerer im Bordnetzstromkreis
eingebundener Verbraucher. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug zeichnet sich
dadurch aus, dass Mittel zum Ermitteln des von dem oder den Verbrauchern
aufgenommenen Bordnetzstroms bei Betrieb des Verbrennungsmotors
und zum Bestimmen der über
das Steuergerät
einzustellenden minimalen Leerlaufdrehzahl, bei der keine oder eine
definierte zulässige
Batterieentladung eintritt, in Abhängigkeit des ermittelten aufgenommenen
Bordnetzstroms vorgesehen sind, wobei die Mittel eine Einrichtung
zur indirekten Ermittlung des Bordnetzstroms anhand des Tastverhältnisses
des Generatorerregerstroms, der Generatordrehzahl und der Generatortemperatur
sowie anhand eines Generatorstromkennfelds umfassen.
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Die
Einrichtung zur direkten Messung der Generatortemperatur umfasst
zweckmäßigerweise ein
Thermoelement.
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In
Weiterbildung des Erfindungsgedankens können die Mittel zur Bestimmung
der aktuellen Generatorkennlinie anhand des Bordnetzstroms und zur Ermittlung
der einzustellenden Leerlaufdrehzahl anhand der Generatorkennlinie
ausgebildet sein. Weiterhin können
die Mittel zum Bestimmen der einzustellenden Leerlaufdrehzahl anhand
der Generatorkennlinie unter Berücksichtigung
einer vorgegebenen zulässigen
Entladung der Kraftfahrzeugbatterie ausgebildet sein.
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Die
Ermittlung der zulässigen
Leerlaufdrehzahl und die indirekte Ermittlung des Bordnetzstroms sowie
der Generatortemperatur, der Generatordrehzahl und sonstiger weiterer
oben beschriebener relevanter Parameter kann erfindungsgemäß im die Drehzahl
des Verbrennungsmotors steuernden Steuergeräts selbst oder in einem weiteren,
mit diesem kommunizierenden Steuergerät erfolgen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der
Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipskizze eines
erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
und
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2 ein Flussdiagramm zur
Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1 mit
einem Verbrennungsmotor 2 mit zugeordnetem Generator 3,
der zum einen eine Kraftfahrzeugbatterie 4 versorgt, und
zum anderen einen Bordnetzstromkreis 5, an dem verschiedene
Verbraucher V1, V2,
... Vn hängen
bzw. darüber
versorgt werden. Die Verbraucher nehmen vom Generator 3 also
den benötigten
Bordnetzstrom auf.
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Vorgesehen
ist ferner ein Steuergerät 6,
das zum einen mit dem Generator 3 und zum anderen mit dem
Motor 2 verbunden ist. Über
das Steuergerät 6 wird
die Leerlaufdrehzahl des Motors 3 vorgegeben bzw. eingestellt.
Das Steuergerät 6 dient
ferner dazu, die minimale zulässige
Leerlaufdrehzahl zu bestimmen, die im Hinblick auf den tatsächlich von
den Verbrauchern gezogenen Bordnetzstrom unter Berücksichtigung
einer gegebenenfalls vorbestimmten zulässigen Batterieentladung (die
vorab im Steuergerät 6 definiert
ist) einzustellen ist. Im Rahmen dieser Leerlaufdrehzahlermittlung
sind eine Reihe von Bestimmungsparametern betreffend den Generator
direkt oder indirekt sowie betreffend den Bordnetzstrom indirekt
aufzunehmen. Der eigentliche Ablauf zur Bestimmung der minimalen
Leerlaufdrehzahl, auf die die Ist-Drehzahl des Motors 2 im
Leerlauf abgesenkt werden kann, ergibt sich aus 2.
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Im
Schritt a wird zunächst
die Generatortemperatur ermittelt. Dies kann entweder direkt erfolgen, insbesondere
unter Verwendung eines Thermoelements, das am Generator 3 angeordnet
ist und mit dem Steuergerät 6 – kommuniziert.
Auch eine indirekte Ermittlung ist denkbar, nämlich durch Messung des Erregerstroms
der Erregermaschine des Generators 3. Der Erregerstrom
selbst ist temperaturabhängig,
weshalb er ein Maß für die Ist-Temperatur des Generators
ist. Die Ermittlung des Erregerstroms wiederum kann durch direkte
Messung über
eine Strommessung unter Verwendung eines Shunt-Widerstands erfolgen,
alternativ ist eine rechnerische Ermittlung möglich. Im Rahmen dieser rechnerischen Ermittlung
wird der Erregerstrom errechnet, der wiederum temperaturabhängig ist,
und über
den dann auf die Temperatur der Erregerwicklung und damit des Generators
geschlossen werden kann.
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Ist
die Generatortemperatur bekannt erfolgt im Schritt b die Ermittlung
des Bordnetzstroms. Dieser wird indirekt ermittelt, wozu zum einen
die Generatordrehzahl ermittelt wird. Dies kann ebenfalls direkt
erfolgen, das heißt
die Generatordrehzahl wird unmittelbar erfasst. Alternativ ist auch
eine Bestimmung der Generatordrehzahl aus der Motordrehzahl und
dem Übersetzungsverhältnis zum
Generator möglich.
Weiterhin wird zur indirekten Bordnetzstromermittlung die bereits
im Schritt a ermittelte Generatortemperatur benötigt. Schließlich wird
das Erregertastverhältnis
bestimmt, also das Tast verhältnis des
Erregerstroms der Erregermaschine. Anhand der drei Parameter wird
nun unter Verwendung eines entsprechenden Generatorstromkennfelds
der tatsächliche
Bordnetzstrom ermittelt.
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Im
Schritt c wird nun anhand des im Schritt b ermittelten Bordnetzstroms
die aktuelle Generatorkennlinie bestimmt. Falls erforderlich erfolgt
die Bestimmung der Generatorkennlinie auch unter Berücksichtigung
der im Schritt a ermittelten Generatortemperatur.
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Im
Schritt d wird nun überprüft, ob Seitens der
Steuerungseinrichtung 6 eine Information über eine
vorgegebene zulässige
Batterieentladung vorliegt. Im Schritt e wird schließlich anhand
der aktuellen Generatorkennlinie die zulässige minimale Leerlaufdrehzahl
bestimmt, gegebenenfalls unter Berücksichtigung der im Schritt
d erfassten vorgegebenen zulässigen
Batterieentladung.
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Ist
die zulässige
minimale Leerlaufdrehzahl ermittelt, so kann sie beim nächsten Leerlauf
vom Steuergerät 6 eingestellt
werden. Die Drehzahl ist minimal, also gerade noch zulässig, so
dass die Verbraucher betrieben werden können, ohne dass es zu einer
Batterieentladung oder höchstens
im zulässigen,
definierten Umfang kommt. Die Ermittlung, wie sie in den Schritten
a–e dargestellt
ist, erfolgt zweckmäßigerweise
kontinuierlich, kann aber auch intermittierend in vorgegebenen Zeitintervallen
erfolgen, um stets zu ermitteln, wie hoch der aktuelle Bordnetzstrom
ist und wie sich gegebenenfalls die zulässige minimale Leerlaufdrehzahl über die
Zeit ändert.
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Am
zweckmäßigsten
finden sämtliche
Ermittlungsschritte zu den einzelnen Parametern bzw. zur Bestimmung
der jeweiligen Kennlinie oder des Kennfelds etc. im Steuergerät 6 statt.
Alternativ hierzu ist es natürlich
auch denkbar, hierfür
ein separates Steuergerät
vorzusehen.