DE19905984A1 - Steuervorrichtung für Kraftfahrzeug-Lichtmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Kraftfahrzeug-Lichtmaschine und insbesondere eine derar­ tige Steuervorrichtung für eine Kraftfahrzeug-Lichtma­ schine, welche durch eine Brennkraftmaschine mit hoher Laständerung angetrieben werden kann.

Kraftfahrzeuge enthalten eine Batterie, die so beschaffen ist, daß sie an elektrische Lasten wie etwa Leuchten, Aktuatoren und dergleichen elektrische Leistung liefert, sowie eine Lichtmaschine (oder einen Generator) zum Laden der Batterie. Ein Generator dieses Typs ist im allgemei­ nen ein Wechselstromgenerator mit Induktionsspule, bei dem eine Feldwicklung mittels einer Drehkraft gedreht wird, die durch eine Brennkraftmaschine erzeugt wird, wobei die durch die Erregung der Feldwicklung erzeugte Batterieladespannung über einen Spannungsregler in der Weise gesteuert wird, daß die Spannung stets auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird.

Wenn jedoch die elektrische Last etwa durch Schließen von Lichtschaltern und dergleichen ansteigt, ist es im allge­ meinen notwendig, die zu erzeugende elektrische Leistung entsprechend zu erhöhen, weshalb der durch die Feldwick­ lung des Generators fließende Strom schnell erhöht werden muß. Da die Arbeitslast des Generators zunimmt, wird somit auch das für den Generator erzeugte Drehmoment erhöht. Infolgedessen geht das Gleichgewicht zwischen dem vom Generator erzeugten Drehmoment und dem von der Brenn­ kraftmaschine erzeugten Antriebsmoment verloren, weshalb die Motordrehzahl entsprechend dem Erhöhungsbetrag des Generatordrehmoments abfällt und im schlimmsten Fall die Brennkraftmaschine zum Stehen kommt. Insbesondere während des Leerlaufs, in dem die Brennkraftmaschine in der Weise gesteuert wird, daß eine vorgegebene Drehzahl beibehalten wird, ist es im Hinblick auf das Gleichgewicht zwischen dem Brennkraftmaschinen-Antriebsdrehmoment und dem Gene­ ratordrehmoment, das durch Zusatzgeräte, die den Genera­ tor umfassen, bewirkt wird, unerwünscht, eine schnelle Drehmomentänderung, die die Ansprechgeschwindigkeit der Rotationssteuerung übersteigt, entstehen zu lassen.

Um dieses Phänomen zu unterdrücken, ist eine sogenannte Steuerung einer allmählichen Erregung vorgeschlagen worden, die einen schnellen Anstieg des durch die Feld­ wicklung fließenden Feldstroms unterdrückt, wenn an den Generator plötzlich eine große elektrische Last angelegt wird, und die eine Steuerung ausführt, um eine schnelle Änderung des Generatordrehmoments im Vergleich zu demje­ nigen der Brennkraftmaschine zu unterdrücken.

Die obige Steuerung einer allmählichen Erregung ist eine Steuerung, in der der zu erzeugende Strom allmählich erhöht wird, wobei der Generator als Antwort auf eine Änderung der elektrischen Last einen erforderlichen Strom nicht sofort liefern kann, weshalb die Batterie den Strom an die Last liefert, um den Mangel auszugleichen. Falls daher der von der Batterie gezogene Strom groß ist, wird ein Batteriespannungsabfall erzeugt. Ein solcher Abfall ist insbesondere bei Nacht zu merken, wenn das Scheinwer­ ferlicht, die Armaturenbeleuchtung und eine Fahrgastzel­ lenbeleuchtung eingeschaltet sind und wenn wiederholt auftretende Lasten wie etwa ein Warnblinklicht oder ein Scheibenwischer eingeschaltet werden, wodurch aufgrund der Batteriespannungsänderungen Helligkeitsschwankungen erzeugt werden, die der Fahrer als unangenehm empfindet.

Aus JP 6-54464-A (1994) ist bereits eine Gegenmaßnahme zur Verhinderung eines solchen Batteriespannungsabfalls aufgrund der Steuerung einer allmählichen Erregung be­ kannt. Bei diesem Stand der Technik wird zu dem Zeit­ punkt, zu dem eine Last eingeschaltet wird, und vor der Aktivierung der Steuerung einer allgemeinen Erregung der durch die Feldwicklung fließende Erregungsstrom einmal schnell auf einen vorgegebenen Wert erhöht, um die elek­ trische Last mit einem erzeugten Strom von beispielsweise 10 A zu versorgen, wobei der Pegel in Verbindung mit einem schnellen Anstieg des Generatordrehmoments im Vergleich zum Drehmoment der Brennkraftmaschine kein Problem hervorruft. Anschließend wird die Steuerung einer allmählichen Erregung begonnen und wird der Ausgangsstrom des Generators allmählich erhöht, so daß der Batterie­ spannungsabfall direkt nach dem Laden abgesenkt werden kann.

In dem Stand der Technik gemäß JP 6-54464-A (1994) wird zu dem Zeitpunkt, zu dem eine elektrische Last einge­ schaltet wird, jedoch vor dem Beginn der Steuerung einer allmählichen Erregung, der Erregungsstrom sofort um einen vorgegebenen Betrag erhöht, bei der Bestimmung des Erhö­ hungsbetrages des Erregungsstroms werden jedoch die Eigenschaften des betreffenden Generators nicht berück­ sichtigt. Falls daher für Generatoren mit unterschiedli­ chen Leistungserzeugungskapazitäten jeweils die gleiche Steuervorrichtung verwendet wird, wird für einen Genera­ tor mit großer Leistungserzeugungskapazität ein großer Ausgangsstrom in bezug auf den vorgegebenen Erre­ gungsstrom, d. h. eine große Verstärkung durch den Gene­ rator, erhalten, weshalb nach der Erhöhung des Generator­ stroms beispielsweise um ungefähr 10 A durch einmaliges Erhöhen des Erregungsstroms um einen vorgegebenen Betrag zum Zeitpunkt des Einschaltens einer elektrischen Last die Steuervorrichtung so arbeitet, daß sie den Generator­ strom über die Steuerung einer allmählichen Erregung allmählich erhöht. Der Ausgangsstrom in bezug auf den Erregungsstrom für einen Generator mit kleiner Leistungs­ erzeugungskapazität ist jedoch gering, weshalb bei der einmaligen Erhöhung des Erregungsstroms um den gleichen vorgegebenen Betrag wie bei dem Generator mit großer Leistungserzeugungskapazität der sofort antwortende Generatorstrom im Vergleich zu demjenigen des Generators mit großer Leistungserzeugungskapazität verhältnismäßig klein, beispielsweise ungefähr 2 A, ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervor­ richtung für eine Kraftfahrzeug-Lichtmaschine zu schaf­ fen, mit der der Batteriespannungsabfall selbst bei einem Generator mit kleiner Leistungserzeugungskapazität auf ein Niveau abgesenkt werden kann, das mit demjenigen eines Generators mit großer Leistungserzeugungskapazität vergleichbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuervorrichtung nach Anspruch 1, 4 oder 5. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung wird eine Steuervorrichtung für eine Kraftfahrzeug-Lichtmaschine geschaffen, die von einer Brennkraftmaschine angetrieben wird und nach einer Gleichrichtung des von ihr erzeugten Ausgangs eine Batte­ rie lädt, mit einem Spannungsregler, der die Ladespannung der Batterie auf einen konstanten Wert steuert, und einer Einrichtung, die den Generatorstrom der Lichtmaschine nach dem Einschalten einer elektrischen Last allmählich erhöht, wobei ein Erhöhungsbetrag eines Steuerstroms eines Leistungsschalters zum Steuern des Erregungsstroms der Lichtmaschine zu einem Zeitpunkt direkt nach dem Einschalten der elektrischen Last, jedoch vor der Akti­ vierung der Einrichtung zum Steuern einer allmählichen Erregung, in Abhängigkeit von den Leistungserzeugungsbe­ dingungen der Lichtmaschine eingestellt wird.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird der Erhöhungsbe­ trag des Steuerstroms des Leistungsschalters zum Steuern des Erregungsstroms der Lichtmaschine in Abhängigkeit vom Generatorstrom der Lichtmaschine in der Weise einge­ stellt, daß bei großem Generatorstrom der Erhöhungsbetrag hierfür erhöht wird und bei kleinem Generatorstrom der Erhöhungsbetrag hierfür erniedrigt wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Erhöhungsbetrag des Steuerstroms des Leistungsschalters zum Steuern des Erregungsstroms in der Weise eingestellt, daß er zum Erregungsstromwert vor dem Einschalten der elektrischen Last proportional ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Steuervorrichtung für eine Kraftfahrzeug-Lichtmaschine geschaffen, die durch eine Brennkraftmaschine angetrieben wird und nach einer Gleichrichtung des von ihr erzeugten Ausgangs eine Batterie lädt, mit einem Spannungsregler, der die Ladespannung der Batterie auf einen konstanten Wert steuert, und einer Schaltung, die einen Integrati­ onsausgangswert eines Werts, der durch Addieren eines Ab­ weichungssignalausgangs, der durch Vergleichen der Aus­ gangsspannung der Batterie oder des Generators mit einer vorgegebenen gesetzten Spannung zu einem vorgegebenen Spannungsbetrag bestimmt ist, erzeugt und den niedrigeren Wert des Abweichungssignalausgangs und des Integrations­ ausgangs als ein Steuersignal für einen Leistungsschalter zum Steuern des Erregungsstroms der Lichtmaschine wählt, wobei der vorgegebene Spannungsbetrag, der zum Abwei­ chungssignalausgang addiert werden soll, in der Weise eingestellt wird, daß er zum Wert des Abweichungssignal­ ausgangs proportional ist.

Gemäß einem nochmals weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Steuervorrichtung für eine Kraftfahrzeug-Lichtma­ schine geschaffen, die enthält: eine Feldwicklung, die durch die Rotation einer Brennkraftmaschine angetrieben wird und ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, eine Anker­ wicklung, die das rotierende Magnetfeld aufnimmt, einen Strom erzeugt und über einen Gleichrichter eine Batterie lädt, eine Spannungserfassungsschaltung, die die Spannung der Batterie oder die Spannung des Gleichrichters erfaßt, eine Setzspannungsschaltung, die eine Referenzspannung erzeugt, eine Abweichungssignal-Ausgangsschaltung, die die Ausgangsspannung der Spannungserfassungsschaltung und die Referenzspannung der Setzspannungsschaltung als Eingänge empfängt und ein Abweichungssignal ausgibt, eine Addiererschaltung, die eine zur Ausgangsspannung von der Abweichungssignal-Ausgangsschaltung proportionale Span­ nung zur Ausgangsspannung der Abweichungssignal-Ausgangs­ schaltung addiert, eine Sägezahnerzeugungsschaltung, die eine Spannung mit in einem vorgegebenen Spannungsbereich während eines im voraus gesetzten Zyklus ansteigender und abfallender Signalform erzeugt, eine Integrationsschal­ tung, die auf den Ausgang der Addiererschaltung mit einer längeren Zeitkonstante als jene der Feldwicklung antwor­ tet; und einen Komparator, der die niedrigere Spannung der Ausgangsspannung der Abweichungssignal-Ausgangsschal­ tung und der Ausgangsspannung der Integrationsschaltung sowie die Ausgangsspannung der Sägezahnerzeugungsschal­ tung als Eingänge empfängt, wobei der an die Feldwicklung gelieferte Strom durch den Ausgang des Komparators ge­ steuert wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut­ lich beim Lesen der folgenden Beschreibung zweckmäßiger Ausführungen, die auf die beigefügte Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 einen Schaltplan einer Kraftfahrzeug-Lichtma­ schine und einer Steuervorrichtung hierfür gemäß einer Ausführung der Erfindung;

Fig. 2 einen genauen Schaltplan der Sägezahnerzeugungs­ schaltung in Fig. 1;

Fig. 3 einen genauen Schaltplan der Integrationsschal­ tung in Fig. 1;

Fig. 4 einen genauen Schaltplan des Komparators in Fig. 1;

Fig. 5 Signalformen an den jeweiligen Anschlüssen ein­ schließlich derer der elektrischen Last im Schaltplan nach Fig. 1;

Fig. 6 Signalformen von Fig. 5, wobei die Zeitachse gedehnt ist;

Fig. 7 ein Vergleichsdiagramm der Ausgangskennlinien zweier verschiedener Generatoren zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung;

Fig. 8 ein Kennliniendiagramm zum Bestimmen des Erhö­ hungsbetrags eines Feldstroms einer betrachteten Lichtmaschine; und

Fig. 9 ein Ausgangskennliniendiagramm der Spannungsad­ diererschaltung in Fig. 1.

Das Bezugszeichen 1 in Fig. 1 bezeichnet eine Lichtma­ schine für ein Kraftfahrzeug, die Dreiphasen-Ankerwick­ lungen 10a, 10b und 10c, einen Gleichrichter 11, der den Wechselspannungsausgang von den Dreiphasen-Ankerwicklun­ gen 10a, 10b und 10c in einen Gleichstrom umsetzt, eine Feldwicklung 12, die mit einer Drehkraft durch eine (nicht gezeigte) Brennkraftmaschine beaufschlagt wird und Magnetflüsse in die Dreiphasen-Ankerwicklungen 10a, 10b und 10c liefert, sowie einen Spannungsregler 13, der den durch die Feldwicklung 12 fließenden Feldstrom steuert, enthält.

Der Spannungsregler 13 enthält eine Freilaufdiode 14, einen Leistungs-MOS-Transistor 15, eine Spannungserfas­ sungsschaltung 53, einen Puffer 54, eine Abweichungs­ signal-Ausgangsschaltung 55, die als invertierte Verstär­ kerschaltung dient, die durch einen Verstärker 55a und Widerstände 55b und 55c gebildet ist, eine Spannungsad­ diererschaltung 56, eine Integrationsschaltung 57, eine Sägezahnerzeugungsschaltung 58, einen Komparator 59 und eine Stromquelle 60.

Ein Ausgangsanschluß B des Generators 1 ist sowohl mit einer Batterie 2 als auch mit elektrischen Lasten 4a, 4b und 4c wie etwa den Scheinwerfern, einem Scheibenwischer und einer Klimaanlage über Schalter 3a, 3b bzw. 3c ver­ bunden.

Nun werden mit Bezug auf die Fig. 2 bis 4 Einzelheiten des Hauptblockschaltplans nach Fig. 1 erläutert.

Fig. 2 ist ein genauer Schaltplan der Sägezahnerzeugungs­ schaltung 58 in Fig. 1. Wenn die Ausgangsspannung eines darin enthaltenen Komparators 58a einen niedrigen Pegel hat, ist der Schalter 58h in einem Sperrzustand, weshalb ein Kondensator 58j durch eine Konstantstromquelle 58g geladen wird. Ferner ist zu diesem Zeitpunkt ein NPN- Transistor 58e im Sperrzustand, weshalb der Komparator 58h den niedrigen Spannungspegel solange beibehält, bis das Potential des Kondensators 58j eine Spannung VH erreicht, die durch Teilen der Leistungsquellenspannung VCC durch die Widerstände 58c und 58b bestimmt ist. Wenn das Potential des Kondensators 58j die Spannung VH über­ steigt, geht die Ausgangsspannung des Komparators 58h zu einem hohen Pegel über, wodurch der Schalter 58h leitend wird und somit der Strom von der Konstantstromquelle 58g und vom Kondensator 58j in eine weitere Konstantstrom­ quelle 58i fließt, wodurch der Kondensator 58j entladen wird. Da ferner der NPN-Transistor 58e in einem leitenden Zustand ist, hält der Komparator 58a den hohen Pegel solange, bis das Potential des Kondensators 58j eine Spannung VL erreicht, die durch Teilen der Leistungsquel­ lenspannung Vcc durch parallele Widerstände 58c und 58d und den Widerstand 58b bestimmt ist. Durch Wiederholen des obigen Betriebs nimmt das Potential des Kondensators 58j eine Spannung Vosc mit Sägezahnform an. Die obener­ wähnten Spannungen VH und VL sowie der Zyklus T der Sägezahnsignalform sind durch die folgenden Gleichungen gegeben:

wobei

Fig. 3 ist ein genauer Schaltplan der Integrationsschal­ tung 57 in Fig. 1. Die Eingangsspannung ist an die Basis eines NPN-Transistors 57a angeschlossen, der zusammen mit einem NPN-Transistor 57c einen Diodenschalter bildet. Im Diodenschalter wird derjenige Transistor, dessen Basispo­ tential höher als dasjenige des anderen ist, im leitenden Zustand gehalten, während der andere Transistor, dessen Basispotential niedriger ist, gesperrt gehalten wird. Wenn daher das Potential eines Kondensators 57e niedriger als die Eingangsspannung ist, wird die Leistungsquellen­ spannung VCC über den Kollektor-Emitter-Pfad des NPN- Transistors 57a an eine Konstantstromquelle 57b angelegt, wodurch der Kondensator 57e durch den Strom von einer Konstantstromquelle 57d geladen wird. Wenn hingegen das Potential des Kondensators 57e höher als die Eingangs­ spannung ist, wird der Strom von der Konstantstromquelle 57d und vom Kondensator 57e zur Konstantstromquelle 57b geliefert, wodurch der Kondensator 57e einen Strom ent­ lädt, der durch Subtraktion des Stroms der Konstantstrom­ quelle 57d vom Strom der Konstantstromquelle 57b bestimmt ist. Konstantstromquellen 57f und 57j sowie Transistoren 57g und 57h bilden in Kombination eine Pufferschaltung, die einen Kriechstrom des Kondensatorladestroms und des Kondensatorentladestroms verhindert. Bei diesem Aufbau kann eine Ausgangsspannung erhalten werden, die auf die Eingangsspannung mit einer Zeit konstante der Integrati­ onsschaltung antwortet. Die Ladezeit Tc der Ausgangsspan­ nung, die auf den Spannungsänderungsbetrag ΔV der Ein­ gangsspannung antwortet, und die Entladezeit Td sind durch die folgenden Gleichungen gegeben:

Fig. 4 ist ein genauer Schaltplan des Komparators 59 in Fig. 1. Konstantstromquellen 59d und 59m und Transistoren 59f, 59g, 59h, 59i und 59n bilden in Kombination den Komparator 59, wobei die Basis des PNP-Transistors 59f als negativer Eingang dient, die Basis des PNP-Transi­ stors 59h als positiver Eingang dient und der Kollektor des Transistors 59n als Ausgang dient. Ferner sind die Eingänge Vramp und Vdiv mit den jeweiligen Basen der PNP- Transistoren 59b und 59c, die in Kombination einen Di­ odenschalter bilden, verbunden. Im Diodenschalter wird derjenige der beiden Transistoren, dessen Basispotential niedriger als dasjenige des anderen ist, leitend gehal­ ten, während der andere der beiden Transistoren, dessen Basispotential höher ist, gesperrt wird. Aus diesem Grund nimmt das Basispotential des PNP-Transistors 59f, das als negativer Eingang des Komparators dient, einen Wert an, der durch Addieren der niedrigeren Basisspannung der beiden Basisspannungen der Transistoren 59b und 59c zur Basis-Emitter-Spannung des Transistors bestimmt ist. Der andere Eingang Vosc ist mit der Basis eines PNP-Transi­ stors 59k verbunden, wobei das durch Addieren der Ein­ gangsspannung Vosc zur Basis-Emitter-Spannung bestimmte Potential den positiven Eingang des Komparators bildet. Bei diesem Aufbau wird das Vergleichsergebnis zwischen einer niedrigeren Spannung zwischen den Eingangsspannun­ gen Vramp und Vdiv und der Spannung Vosc vom Komparator 59 ausgegeben. Weiterhin zeigt die Spannung Vosc eine Sägezahnform, weshalb am Ausgang eine impulsbreitenmodu­ lierte Signalform auftritt.

In dem Spannungsregler 13 nach Fig. 1 ist die Leistungs­ versorgungsschaltung 60 eine Schaltung, die an andere Schaltungen eine Leistungsquellenschaltung VCC liefert. Der Pufferverstärker 54 gibt die Spannung Vbd, die durch Teilen der Generatorspannung mit den Widerständen 53a und 53b in der Spannungserfassungsschaltung 35 bestimmt ist, aus. Die Abweichungssignal-Ausgangsschaltung 55 ist eine invertierte Verstärkerschaltung, die durch den Verstärker 55a und die Widerstände 55b und 55c gebildet ist, und gibt eine Abweichungssignalspannung zwischen dem Ausgang Vbd vom Pufferverstärker 54 und der Referenzspannung Vref aus. Die Abweichungssignalspannung Vdiv ist durch die folgende Gleichung gegeben:

Das Abweichungssignal von der Abweichungssignal-Ausgangs­ schaltung 55 wird in die Spannungsaddiererschaltung 56 eingegeben, von der eine Spannung Vad, die durch Addieren einer Additionsspannung ΔVa zur Abweichungssignalspannung bestimmt ist, ausgegeben wird. Eine Pufferschaltung, die durch eine Konstantstromquelle 56a und durch Transistoren 56b und 56e in der Spannungsaddiererschaltung 56 gebildet ist, arbeitet in der Weise, daß sie die Abweichungs­ signalspannung Vdiv und die Emitterspannung des Transi­ stors 56e einander angleicht.

Daher fließt durch einen Widerstand 58f ein Strom Is, der durch die Potentialdifferenz zwischen der Abweichungs­ signalspannung Vdiv und der Spannung der Leistungsquelle 58g bedingt ist. Der Strom Is fließt von der Leistungs­ quellenspannung VCC durch einen Widerstand 56c, den Emitter-Kollektor-Pfad eines Transistors 56d und den Kollektor-Emitter-Pfad des Transistors 56e sowie durch einen Widerstand 56f zur Leistungsquelle 56g.

Da ferner die Emittergröße eines Transistors 56i gleich derjenigen des Transistors 56d ist, die Basen dieser Transistoren miteinander verbunden sind und die Wider­ standwerte der Widerstände 56c und 56h gleich sind, fließt von der Leistungsquelle VCC über den Emitter- Kollektor-Pfad des Transistors 56i und einen Widerstand 56j zur Abweichungssignal-Ausgangsleitung ein Strom, dessen Betrag gleich demjenigen des obigen Stroms Is ist. Bei diesem Aufbau wird die Additionsspannung ΔVa gemäß der folgenden Gleichung berechnet:

Die Kennlinie der Ausgangsspannung Vad der Spannungsad­ diererschaltung 56 in bezug auf die Abweichungs­ signalspannung Vdiv ist bei der Setzung VCC = 5 V, V1 = 1 V, R56j = 30 kΩ und R56f = 50 kΩ in Fig. 9 ge­ zeigt.

Die obige Ausgangsspannung Vad der Spannungsaddierer­ schaltung 56 wird außerdem in die Integrationsschaltung 57 eingegeben, die so beschaffen ist, daß sie auf die Abweichungssignalspannung mit einer größeren Zeitkon­ stante als diejenige der Feldwicklung 12 antwortet. Der Komparator 59 vergleicht die niedrigere Spannung der Ausgangsspannung Vramp von der Integrationsschaltung 57 und der Abweichungssignalspannung Vdiv mit der Ausgangs­ spannung der Sägezahnerzeugungsschaltung 58, die in einem vorgegebenen Spannungsbereich mit einem konstanten Zyklus variiert, und gibt ein Vergleichsergebnis als impulsbrei­ tenmodulierte Welle aus. Die so ausgegebene impulsbrei­ tenmodulierte Welle wird in einen Leistungs-MOS-Transi­ stor 15 eingegeben, der mit der Feldwicklung 12 in Serie geschaltet ist.

Nun werden mit Bezug auf die Signalformen (a) bis (h) in Fig. 5 die Spannungssignalantworten an den entsprechenden Ausgangsanschlüssen während eines stationären Zustandes oder zu dem Zeitpunkt, zu dem eine Last eingeschaltet wird, erläutert. Während eines stationären Zustandes, in dem die Anschlußspannung (b) in Fig. 5 der Batterie 2 stabil ist, ist die Abweichungssignalspannung Vdiv (e) in Fig. 5, die den Ausgang der Abweichungssignal-Ausgangs­ schaltung 55 darstellt, stabil, weshalb die Ausgangsspan­ nung Vad der Spannungsaddiererschaltung 56 ebenfalls auf einem Wert stabil ist, der durch Addieren des vorgegebe­ nen Betrags ΔVa zum Abweichungssignal bestimmt ist. Daher wird die Eingangsspannung (Vdiv + ΔVa) der Integrations­ schaltung 57 und die integrierte Spannung Vramp (b) in Fig. 5 auf dem gleichen Wert gehalten. Ferner wird der Leistungs-MOS-Transistor 15 durch das Vergleichsergebnis der niedrigeren der integrierten Spannung Vramp (d) in Fig. 5, die die Ausgangsspannung der Integrationsschal­ tung 57 darstellt, und der Abweichungssignalspannung Vdiv (e) in Fig. 5, die den Ausgang der Abweichungssignal- Ausgangsschaltung 55 darstellt, mit der Ausgangsspannung der Sägezahnerzeugungsschaltung 58 gesteuert. Daher wird der stationäre Zustand des Feldstroms IF im Ergebnis durch die Abweichungssignalspannung Vdiv (e) in Fig. 5 gesteuert.

Ferner steigt die Abweichungssignalspannung Vdiv, die den Ausgang der Abweichungssignal-Ausgangsschaltung 55 dar­ stellt, zum Zeitpunkt t0, zu dem eine elektrische Last mit großer Kapazität des Kraftfahrzeugs wie bei (a) in Fig. 5 gezeigt eingeschaltet wird und die Anschlußspan­ nung der Batterie 2 wie bei (b) in Fig. 5 gezeigt ab­ fällt, sofort an, wie bei (e) in Fig. 5 gezeigt ist, weshalb auch die Spannungsaddiererschaltung 56 sofort einen Wert ausgibt, der durch Addieren von ΔVa zur Abwei­ chungssignalspannung bestimmt ist.

Hierbei steigt die Ausgangsspannung der Integrations­ schaltung 57 mit der Zeitkonstante der Integrationsschal­ tung 57 an, bis ihre Spannung während des stationären Zustands die Ausgangsspannung der Spannungsaddiererschal­ tung 56 erreicht. Da andererseits die Abweichungs­ signalspannung Vdiv als Antwort auf das Einschalten der Last plötzlich ansteigt, wie bei (e) in Fig. 5 gezeigt ist, wird der Leistungs-MOS-Transistor 15 durch den integrierten Ausgang Vramp, der den Ausgang der Integra­ tionsschaltung 57 wie bei (d) in Fig. 5 gezeigt dar­ stellt, gesteuert, wobei der Feldstrom IF langsam an­ steigt, wie bei (g) in Fig. 5 gezeigt ist.

In Fig. 6, in der die Zeitskala von Fig. 5 gedehnt ist, sind die Änderung des Einschaltverhältnisses des Lei­ stungs-MOS-Transistors 15 zum Zeitpunkt des Einschaltens und Ausschaltens der Last, was durch die Sägezahnspannung Vosc bewirkt wird, die den Ausgang der Sägezahnerzeu­ gungsschaltung 58 darstellt, der bei (c) in Fig. 6 ge­ zeigt ist, der integrierte Ausgang Vramp der Integrati­ onsschaltung 57, der bei (d) in Fig. 6 gezeigt ist, und der Abweichungssignal-Spannungsausfall Vdiv der Abwei­ chungssignal-Ausgangsschaltung 55, der bei (e) in Fig. 6 gezeigt ist, mittels der Drain-Spannung des Leistungs- MOS-Transistors 15 bei (f) in Fig. 6 veranschaulicht, wobei der Leistungs-MOS-Transistor 15 bei niedrigem Pegel der Drain-Spannung im leitenden Zustand ist und bei hohem Pegel der Drain-Spannung im Sperrzustand ist. Zum Zeit­ punkt t0, zu dem die elektrische Last mit großer Kapazi­ tät des Kraftfahrzeugs eingeschaltet wird, wie bei (a) in Fig. 6 gezeigt ist, steigt die Abweichungssignalspannung Vdiv wie bei (e) in Fig. 6 gezeigt sofort an, außerdem steigt auch die Spannung, die durch Addieren der vorgege­ benen Spannung ΔVa zur Abweichungssignalspannung Vdiv mittels der Spannungsaddiererschaltung 56 bestimmt ist und bei (e) in Fig. 6 gezeigt ist, ebenfalls sofort an. Der integrierte Ausgang Vramp der Integrationsschaltung 57 nimmt ab dem Wert vor dem Einschalten der Last mit der Zeitkonstante der Integrationsschaltung 57 wie bei (d) in Fig. 6 gezeigt langsam zu.

Da hierbei der Leistungs-MOS-Transistor 15 durch ein Signal angesteuert wird, das durch den Vergleich des niedrigeren Spannungswerts der Abweichungssignalspannung und der integrierten Signalspannung mit dem Ausgang der Sägezahnerzeugungsschaltung 58 bestimmt ist, steigt das Einschaltverhältnis des Leistungs-MOS-Transistors 15 zum Zeitpunkt t0 aufgrund der der Potentialdifferenz ΔVa entsprechenden Änderung plötzlich an, so daß die Poten­ tialdifferenz zwischen der Abweichungssignalspannung und der integrierten Spannung während des stationären Zu­ stands und danach mit der Zeitkonstante der Integrations­ schaltung 57 langsam ansteigt. Wenn anschließend zum Zeitpunkt t2 eine Last mit kleiner Kapazität eingeschal­ tet wird, wird, da der Strom für das Kraftfahrzeug durch die sofort erhöhte Komponente des Generatorsaus­ gangsstroms aufgrund der sofort erhöhten Komponente des Einschaltverhältnisses des Leistungs-MOS-Transistors 15, die durch die Potentialdifferenz ΔVa bewirkt wird, gelie­ fert werden kann, keine Steuerung einer allmählichen Erregung aktiviert. Da ferner die plötzlich erhöhte Komponente des Generatorausgangsstroms durch die Poten­ tialdifferenz ΔVa einstellbar ist, kann die Auswahl der allmählichen Steuerungen in Abhängigkeit von der Kapazi­ tät der Last ausgeführt werden.

Es gibt jedoch viele Generatoren mit vielen verschiedenen Ausgangsstromkapazitäten, die von den Kapazitäten wie etwa jenen der Last und der Batterie, die in den betref­ fenden Kraftfahrzeugen angebracht sind, abhängen. Im allgemeinen werden für gewöhnliche Fahrzeuge mit kleinem Hubraum Lichtmaschinen mit kleiner Ausgangsstromkapazi­ tät, beispielsweise 70 A verwendet, während für Luxus­ fahrzeuge mit großem Hubraum Lichtmaschinen mit großer Ausgangsstromkapazität, beispielsweise 120 A, verwendet werden. Fig. 7 zeigt die Ausgangskennlinien von zwei Lichtmaschinen mit unterschiedlichen Generatorstromkapa­ zitäten. Aus Fig. 7 geht hervor, daß der Erhöhungsbetrag des Feldstroms, der für die sofortige einmalige Erhöhung des Generatorstroms um 10 A vor dem Beginn der Steuerung einer allmählichen Erregung notwendig ist, nicht konstant ist, sondern eine Kennlinie besitzt, bei der der Erhö­ hungsbetrag proportional zum Ausgangsstrom vor dem Ein­ schalten der Last ansteigt. Weiterhin ist der Generator­ strom für elektrische Generatoren mit unterschiedlichen Ausgangskapazitäten stark unterschiedlich, selbst wenn ihre durch die jeweiligen Feldwicklungen fließenden Feldströme völlig gleich sind. Die Erhöhungsbeträge der Feldströme, die für die Erhöhung des Generatorstroms von 10 A bis 20 A notwendig sind, sind in Fig. 7 beispiels­ weise durch A und B gegeben.

Erfindungsgemäß wird der Generatorstrom, der einmalig und sofort vor dem Beginn der Steuerung einer allmählichen Erregung zum Zeitpunkt des Einschaltens der Last erhöht werden soll, im wesentlichen unabhängig von der Genera­ torstromkapazität der betreffenden Lichtmaschine auf einen konstanten Wert gesteuert. Fig. 8 zeigt ein Meßer­ gebnis für die Beziehung zwischen dem Erhöhungsbetrag des Feldstroms, der für die Erhöhung des Generatorstroms mit unterschiedlichen Generatorstromkapazitäten notwendig ist, und dem Feldstrom vor dem Einschalten der Last.

In einem Bereich eines kleinen Generatorstroms (1) in Fig. 7 besitzt der Ausgangsstrom in bezug auf den Feld­ strom eine im wesentlichen proportionale Charakteristik, in einem Bereich eines großen Generatorstroms (2) in Fig. 7 ist jedoch selbst dann, wenn der Feldstrom erhöht wird, die Anstiegsrate des Generatorstroms im Vergleich zum Bereich mit kleinem Generatorstrom klein, da sich der Generatorstrom der Lichtmaschine dem Sättigungspunkt annähert. Wenn daher der Erhöhungsbetrag des Feldstroms, der einmalig und sofort nach dem Einschalten der Last, jedoch vor dem Beginn der Steuerung einer allmählichen Erregung, erhöht werden soll, in bezug auf den Feldstrom vor dem Einschalten der Last wie in Fig. 8 gezeigt ge­ setzt wird, kann der Generatorstrom, der einmalig und sofort vor dem Beginn der Steuerung einer allmählichen Erregung zu erhöhen ist, unabhängig vom Generatorstrom der Lichtmaschine im wesentlichen konstant gehalten werden.

Da ferner ein Feldstrom, der notwendig ist, um einen bestimmten Ausgangsstrom zu erhalten, in Abhängigkeit von der Größe der Generatorstromkapazität der betreffenden Lichtmaschine abnimmt, wird die Größe des einmalig und vor dem Beginn der Steuerung einer allmählichen Erregung sofort zu erhöhenden Feldstroms für Generatoren mit größerer Generatorstromkapazität auf einen kleineren Wert gesteuert. Daher kann der Generatorstrom, der einmalig und sofort vor dem Beginn der Steuerung der allmählichen Erregung erhöht werden soll, unabhängig von der Genera­ torstromkapazität der betreffenden Lichtmaschine im wesentlichen auf einen konstanten Wert gesteuert werden. Somit wird die Additionsspannung ΔVa für die Spannungsad­ diererschaltung 56 in der Weise eingestellt, daß der charakteristische Erhöhungsbetrag des Feldstroms wie in Fig. 8 gezeigt erzielt wird.

In der obigen Ausführung ist die Charakteristik der Lichtmaschinen anhand des Vergleichs ihrer Nennausgänge bei konstanter Drehzahl gezeigt, die äquivalente Charak­ teristik kann jedoch durch Vergleich der Drehzahlen bei konstanten Nennausgängen erhalten werden.

Erfindungsgemäß wird bei Verwendung der gleichen Steuer­ vorrichtung für Generatoren mit unterschiedlichen Genera­ torleistungskapazitäten der Ausgangsstrom der betreffen­ den Lichtmaschine, der eine einmalige und sofortige Antwort auf ein Einschalten einer Last vor der Aktivie­ rung der Steuerung einer allmählichen Erregung, die den Generatorstrom allmählich erhöht, darstellt, im wesentli­ chen konstant gehalten, wodurch der Spannungsabfall in der Batterie reduziert werden kann.

Claims (5)

1. Steuervorrichtung für Kraftfahrzeug-Lichtma­ schine, die von einer Brennkraftmaschine angetrieben wird und nach einer Gleichrichtung des von ihr erzeugten Ausgangs eine Batterie (2) lädt, mit
einem Spannungsregler (13), der die Ladespannung der Batterie (2) auf einen konstanten Wert steuert, und
einer Einrichtung, die den Generatorstrom der Lichtmaschine nach dem Einschalten einer elektrischen Last (4a, 4b, 4c) allmählich erhöht, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Erhöhungsbetrag eines Steuerstroms eines Leistungsschalters (15) zum Steuern des Erregungsstroms der Lichtmaschine zu einem Zeitpunkt direkt nach dem Einschalten der elektrischen Last (4a, 4b, 4c), jedoch vor der Aktivierung der Einrichtung zum Steuern einer allmählichen Erregung, in Abhängigkeit von den Leistungs­ erzeugungsbedingungen der Lichtmaschine eingestellt wird.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Erhöhungsbetrag des Steuerstroms des Lei­ stungsschalters (15) zum Steuern des Erregungsstroms der Lichtmaschine in Abhängigkeit vom Generatorstrom der Lichtmaschine in der Weise eingestellt wird, daß bei großem Generatorstrom der Erhöhungsbetrag hierfür erhöht wird und bei kleinem Generatorstrom der Erhöhungsbetrag hierfür erniedrigt wird.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Erhöhungsbetrag des Steuerstroms des Lei­ stungsschalters (15) zum Steuern des Erregungsstroms in der Weise eingestellt wird, daß er zum Erregungsstromwert vor dem Einschalten der elektrischen Last (4a, 4b, 4c) proportional ist.

4. Steuervorrichtung für eine Kraftfahrzeug-Lichtma­ schine, die durch eine Brennkraftmaschine angetrieben wird und nach einer Gleichrichtung des von ihr erzeugten Ausgangs eine Batterie (2) lädt, mit
einem Spannungsregler (13), der die Ladespannung der Batterie (2) auf einen konstanten Wert steuert, gekennzeichnet durch
eine Schaltung (57), die einen Integrationsaus­ gangswert eines Werts, der durch Addieren eines Abwei­ chungssignalausgangs, der durch Vergleichen der Ausgangs­ spannung der Batterie (2) oder des Generators mit einer vorgegebenen gesetzten Spannung zu einem vorgegebenen Spannungsbetrag bestimmt ist, erzeugt und den niedrigeren Wert des Abweichungssignalausgangs und des Integrations­ ausgangs als ein Steuersignal für einen Leistungsschalter (15) zum Steuern des Erregungsstroms der Lichtmaschine wählt, wobei der vorgegebene Spannungsbetrag, der zum Abweichungssignalausgang addiert werden soll, in der Weise eingestellt wird, daß er zum Wert des Abweichungs­ signalausgangs proportional ist.

5. Steuervorrichtung für eine Kraftfahrzeug-Lichtma­ schine, gekennzeichnet durch
eine Feldwicklung (12), die durch die Rotation einer Brennkraftmaschine angetrieben wird und ein rotie­ rendes Magnetfeld erzeugt,
eine Ankerwicklung (10a, 10b, 10c), die das ro­ tierende Magnetfeld aufnimmt, einen Strom erzeugt und über einen Gleichrichter (11) eine Batterie (2) lädt,
eine Spannungserfassungsschaltung (53), die die Spannung der Batterie (2) oder die Spannung des Gleich­ richters (11) erfaßt,
eine Setzspannungsschaltung, die eine Referenz­ spannung erzeugt,
eine Abweichungssignal-Ausgangsschaltung (55), die die Ausgangsspannung der Spannungserfassungsschaltung (53) und die Referenzspannung der Setzspannungsschaltung als Eingänge empfängt und ein Abweichungssignal ausgibt,
eine Addiererschaltung (56), die eine zur Aus­ gangsspannung von der Abweichungssignal-Ausgangsschaltung (55) proportionale Spannung zur Ausgangsspannung der Abweichungssignal-Ausgangsschaltung addiert,
eine Sägezahnerzeugungsschaltung (58), die eine Spannung mit in einem vorgegebenen Spannungsbereich während eines im voraus gesetzten Zyklus ansteigender und abfallender Signalform erzeugt,
eine Integrationsschaltung (57), die auf den Aus­ gang der Addiererschaltung (56) mit einer längeren Zeit­ konstante als jene der Feldwicklung (12) antwortet; und
einen Komparator (59), der die niedrigere Span­ nung der Ausgangsspannung der Abweichungssignal-Ausgangs­ schaltung (55) und der Ausgangsspannung der Integrations­ schaltung (57) sowie die Ausgangsspannung der Sägezahner­ zeugungsschaltung (58) als Eingänge empfängt, wobei der an die Feldwicklung (12) gelieferte Strom durch den Ausgang des Komparators (59) gesteuert wird.