DE19941004A1 - Determining vehicle electrical generator output parameters involves determining, storing output current, voltage as function of parameters, using stored function to compute parameter - Google Patents

Determining vehicle electrical generator output parameters involves determining, storing output current, voltage as function of parameters, using stored function to compute parameter

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DE19941004A1 DE19941004A DE19941004A DE19941004A1 DE 19941004 A1 DE19941004 A1 DE 19941004A1 DE 19941004 A DE19941004 A DE 19941004A DE 19941004 A DE19941004 A DE 19941004A DE 19941004 A1 DE19941004 A1 DE 19941004A1
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Abstract

The method involves determining and storing the output current and output voltage of a real on-board generator with voltage regulator as a function of the regulator voltage, the revolution rate of the generator shaft and the induction air temp. at the generator fan vane wheel and using the stored function to compute one of the parameters from the remaining parameters.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von elektrischen Ausgangsgrößen eines mit einem Spannungsregler gekoppelten Bordgenerators in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for determining electrical output variables with a voltage regulator coupled on-board generator in a motor vehicle according to Preamble of claim 1.

Kraftfahrzeuge einer Baureihe werden häufig in verschiedenen Ausstattungsvarianten angeboten, die auch unterschiedliche elektrische Verbraucher umfassen. Um für jede Ausstattungsvariante einerseits auch in extremen Fahrsituationen noch genügend elektrische Energiereserven bereitstellen zu können, andererseits aber eine Überdimensionierung der elektrischen Anlage verbunden mit einem erhöhten Kraftstoffverbrauch zu vermeiden, muß die elektrische Anlage sorgfältig dimensioniert werden.Motor vehicles of a series are often in different equipment variants offered, which also include different electrical consumers. To everyone Equipment variant still sufficient on the one hand, even in extreme driving situations to be able to provide electrical energy reserves, but on the other hand one Oversizing the electrical system combined with an increased To avoid fuel consumption, the electrical system must be dimensioned carefully become.

Dies könnte geschehen, indem Testfahrzeuge unterschiedlicher Ausstattungsvarianten auf einem Prüfstand unterschiedlichen Fahrsituationen ausgesetzt werden und die elektrische Energiebilanz ermittelt wird. Dazu müssen diese Fahrsituationen mit unterschiedlichen Generatoren durchgeführt werden, damit derjenige Generator ausgewählt werden kann, der auch noch bei besonders energiezehrenden Fahrsituationen die nötige Energie liefert.This could be done by putting test vehicles on different trim levels a test bench are exposed to different driving situations and the electrical Energy balance is determined. To do this, these driving situations must be different Generators are carried out so that the generator can be selected that delivers the necessary energy even in particularly energy-consuming driving situations.

Es ist auf diese Weise zwar möglich, die elektrische Anlage unter echten Fahrsituationen zu testen und auf diese Weise empirisch den benötigten Generator aus einer Reihe von Generatortypen abgestufter Leistungsdaten auszuwählen, die Prozedur ist aber langwierig und auch sehr energieaufwendig, da neben dem Energieverbrauch für das Testfahrzeug selbst auch die klimatischen Verhältnisse für die Fahrsituationen hergestellt werden müssen. Dies ist innerhalb einer Testphase nur in Klimakammern möglich.In this way it is possible to close the electrical system under real driving situations test and in this way empirically the required generator from a number of Choosing generator types of graded performance data, but the procedure is lengthy and also very energy-intensive, because in addition to the energy consumption for the test vehicle even the climatic conditions for the driving situations have to be established. This is only possible in a test phase in climatic chambers.

Im Gegensatz zu elektrischen Verbrauchern im Kraftfahrzeug, deren Energiebedarf durch relativ einfache Formeln beschrieben werden kann und dadurch eine rein rechnerische Simulation ermöglicht, sind die Eingangs- und Ausgangsgrößen eines Generators in einem Kraftfahrzeug von zahlreichen variierenden Einflüssen abhängig. Daher läßt sich ein Ersatzschaltbild für unterschiedliche Fahrsituationen nur unter sehr großem Aufwand realisieren.In contrast to electrical consumers in the motor vehicle, their energy requirements through relatively simple formulas can be described and therefore a purely arithmetical Simulation enables the input and output variables of a generator in one Motor vehicle dependent on numerous varying influences. Therefore one can  Equivalent circuit for different driving situations only with great effort realize.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung von elektrischen Ausgangsgrößen eines mit einem Spannungsregler gekoppelten Bordgenerators in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, welches bei vergleichsweise einfachen Maßnahmen zur Ermittlung der Einflußparameter eine den Praxisanforderungen ausreichende Genauigkeit liefert.The invention has for its object a method for determining electrical Output variables of an on-board generator coupled to a voltage regulator in one To create motor vehicle, which with comparatively simple measures Determination of the influencing parameters an accuracy sufficient for practical requirements supplies.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved in a method according to the preamble of claim 1 solved in the characterizing part specified features.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further developments and advantageous refinements result from the subclaims.

Die Erfindung geht davon aus, daß zur Abdeckung unterschiedlichen Energiebedarfs Generatoren in abgestuften Leistungen zur Verfügung stehen. Bei Auswahl eines Generators aus diesem Angebotsspektrum hat dann der Entwicklungsingenieur noch die Möglichkeit, das Übersetzungsverhältnis zwischen Kurbelwelle und Generatorwelle zu wählen, um die maximale Stromabgabe des Generators bei Leerlaufdrehzahl dimensionieren zu können.The invention is based on the fact that to cover different energy requirements Generators are available in tiered performances. When selecting a generator From this range of offers, the development engineer can still to choose the gear ratio between the crankshaft and generator shaft to the to be able to dimension the maximum current output of the generator at idling speed.

Die verfügbaren Generatoren werden Messungen unterworfen, um alle praxisrelevanten Einflüsse zu berücksichtigen. Durch Ausmessen realer Generatoren werden Fehler vermieden, die bei rein rechnerischer Bestimmung der Kennwerte unzureichend berücksichtigt werden, wenn ihre Einflüsse nicht bekannt sind oder nicht lineare Auswirkungen haben. Die zu messenden Parameter können sich somit auf die Eingangsparameter Drehzahl, Ansauglufttemperatur und Reglerspannung beschränken.The available generators are subjected to measurements to all those relevant in practice Influences to consider. By measuring real generators there are errors avoided, which is insufficient for purely arithmetical determination of the characteristic values be taken into account if their influences are unknown or non-linear Have an impact. The parameters to be measured can thus refer to the Limit input parameters speed, intake air temperature and controller voltage.

Werden aus den Eingangsgrößen Kennlinien ermittelt, so können diese Kennlinien nun zur Berechnung der Ausgangsgrößen bei unterschiedlichen Eingangsgrößen verwendet werden. Auf diese Weise kann ein Generator dann mit relativ einfachen Mitteln rechnerisch simuliert werden, wobei aufgrund der Verwendung realer Meßwerte auch eine große Genauigkeit der Ergebnisse erwartet werden kann. Damit ist es dann möglich, in einem rechnerischen Simulationsmodell einen Generator einzusetzen, so daß dann die Fahrsituationen nicht mit einem kompletten Fahrzeug ausgeführt werden müssen, sondern ebenfalls simuliert werden können. Auf diese Weise lassen sich eine Vielzahl von Fahrsimulationen durchführen und so sehr genau abschätzen, welcher Generatortyp für eine Ausstattungsvariante eines Fahrzeugs bei den voraussichtlichen Einsatzbedingungen auszuwählen ist. If characteristic curves are determined from the input variables, these characteristic curves can now be used Calculation of the output variables with different input variables can be used. In this way, a generator can be simulated with relatively simple means be, due to the use of real measured values also a great accuracy of Results can be expected. It is then possible in a mathematical way Simulation model to use a generator, so that the driving situations are not included a complete vehicle, but also be simulated can. In this way, a variety of driving simulations can be carried out and so on estimate very precisely which generator type for an equipment variant of a Vehicle under the expected operating conditions.  

Gemäß einer Weiterbildung kann bei der Berechnung der Ausgangswerte eines Generators oberhalb des kritischen Spannungswertes eine lineare Kennlinie angesetzt werden und der Generatorstrom nach der Formel Igen = (Ureg-Ugen)/Ri berechnet werden. Unterhalb des kritischen Generatorspannungswertes kann eine Funktion mit einem Polynom n-ten Grades angesetzt werden und der Generatorstrom nach der Formel: Igen = m0.Ugen n + m1.Ugen n-1 + m2.Ugen n-2 + . . . + mn berechnet werden.According to a further development, a linear characteristic curve can be set when calculating the output values of a generator above the critical voltage value and the generator current can be calculated according to the formula I gen = (U reg -U gen ) / R i . Below the critical generator voltage value, a function with a nth degree polynomial can be applied and the generator current according to the formula: I gen = m 0 .U gen n + m 1 .U gen n-1 + m 2 .U gen n-2 +. , , + m n can be calculated.

Dabei ist Ureg die temperaturabhängige Reglerspannung, Ugen die drehzahlabhängige und zusätzlich von der Reglerspannung und dem Innenwiderstand abhängige Generatorspannung, Ri der temperaturabhängige Innenwiderstand und mo, m1, m2, und mn temparaturabhängige, drehzahlabhängige, innenwiderstandsabhängige und maximalstromabhängige Koeffizienten. Bei der Berechnung wird hier also die Generatorkennlinie zwischen Generatorstrom und Generatorspannung in zwei Bereiche aufgeteilt, deren Unterscheidungspunkt die kritische Spannung ist. Diese Spannung ist diejenige Spannung, die bei maximaler Erregung und maximalem Generatorstrom erreicht wird und dann bei weiterer Belastung zusammenbricht.U reg is the temperature-dependent regulator voltage, U gen the speed-dependent and additionally dependent on the regulator voltage and the internal resistance, R i the temperature-dependent internal resistance and m o , m 1 , m 2 , and m n temperature-dependent, speed-dependent, internal resistance dependent and maximum current dependent coefficients. When calculating, the generator characteristic curve between the generator current and the generator voltage is divided into two areas, the difference between which is the critical voltage. This voltage is the voltage that is reached with maximum excitation and maximum generator current and then breaks down under further load.

Die Kennlinie oberhalb des kritischen Generatorspannungswertes wird als linear betrachtet. Dieser Betriebszustand liegt vor, wenn der von den Verbrauchern abgeforderte Strom ausschließlich durch den Generator geliefert werden kann. Der unterhalb des kritischen Generatorspannungswertes auftretende Kennlinienverlauf, für den eine Funktion mit einem Polynom n-ten Grades angenommen wird, kann mit guter Näherung als kubische Funktion nach der Formel Igen = a.Ugen 3 + b.Ugen 2 + c.Ugen + d dargestellt und berechnet werden. Für die Berechnung reichen lediglich vier Wertepaare für vier unterschiedliche Betriebszustände aus. Der Betriebszustand, der durch diese Kennlinie dargestellt werden kann, entspricht einer hohen Belastung der Verbraucher, der vom Generator alleine nicht mehr befriedigt werden kann, sondern zusätzlich von der Batterie durch Entladen gedeckt werden muß.The characteristic curve above the critical generator voltage value is considered to be linear. This operating state is when the electricity demanded by consumers can only be supplied by the generator. The characteristic curve curve below the critical generator voltage value, for which a function with an nth degree polynomial is assumed, can be represented and calculated with good approximation as a cubic function according to the formula I gen = aU gen 3 + bU gen 2 + cU gen + d become. Only four pairs of values for four different operating states are sufficient for the calculation. The operating state, which can be represented by this characteristic curve, corresponds to a high load on the consumer, which can no longer be satisfied by the generator alone, but must also be covered by the battery by discharging.

Auch dieser Zustand wird bewußt mit in die Dimensionierung einbezogen, damit der Generator nicht auf den maximal möglichen Verbrauch ausgelegt werden muß, sondern nur so bemessen werden muß, daß die Energiebilanz aus Ladung und Entladung der Batterie insgesamt ausgeglichen ist, aber eine zu starke Entladung nach dem üblichen Ansatz der Dauer extremer Fahrsituationen nicht zu erwarten ist.This condition is also consciously included in the dimensioning so that the Generator does not have to be designed for the maximum possible consumption, but only must be such that the energy balance from charging and discharging the battery is balanced overall, but an excessive discharge according to the usual approach of Duration of extreme driving situations is not to be expected.

Vorzugsweise wird bei der Ermittlung der gesuchten Funktionen so vorgegangen, daß ein erstes dreidimensionales Kennfeld mit Drehzahl und Ansauglufttemperatur als Argumenten und dem maximalen Generatorstrom als Funktionswert gemessen wird. Weiterhin wird ein zweites dreidimensionales Kennfeld bei einer konstanten mittleren Drehzahl mit Generatorstrom und Ansauglufttemperatur als Argumente und der Generatorspannung als Funktionswert gemessen. Schließlich wird der Zusammenbruch der Generatorspannung bei maximalem Generatorstrom als Funktionswert mit der Drehzahl als Argument bei konstanter mittlerer Ansauglufttemperatur gemessen.When determining the functions sought, the procedure is preferably such that a first three-dimensional map with speed and intake air temperature as arguments  and the maximum generator current is measured as a function value. Furthermore, a second three-dimensional map with a constant average speed with Generator current and intake air temperature as arguments and generator voltage as Functional value measured. Eventually the breakdown of the generator voltage will maximum generator current as a function value with the speed as an argument at constant average intake air temperature measured.

Mit Hilfe der dreidimensionalen Kennfelder werden zwei unabhängige Einflußgrößen berücksichtigt. Die Ergebnisse können ermittelt werden, wenn dann eine Einflußgröße als konstant angesehen wird und die andere variiert wird.With the help of the three-dimensional maps, two independent influencing variables considered. The results can be determined if an influencing variable is then is considered constant and the other is varied.

Bei einer praktischen Anwendung des Verfahrens haben sich dabei folgende Werte als geeignet und ausreichend erwiesen, die Ermittlung der Ausgangsgrößen zu ermöglichen. Es wird als mittlere Drehzahl 6000 l/min angesetzt. Als Argumente für beide dreidimensionalen Kennfelder werden statt kontinuierlicher Werte mehrere diskrete Werte innerhalb des relevanten Temperaturbereichs der Ansauglufttemperatur eingesetzt. Vorzugsweise sind dies -20°C, +20°C, +60°C und +90°C.When the method is used in practice, the following values have been found to be: suitable and sufficiently proven to enable the determination of the output variables. It is set at an average speed of 6000 l / min. As arguments for both three-dimensional Instead of continuous values, characteristic diagrams have several discrete values within the relevant temperature range of the intake air temperature. Are preferred this is -20 ° C, + 20 ° C, + 60 ° C and + 90 ° C.

Ferner wird als Argument für den Zusammenbruch der Generatorspannung bei maximalem Generatorstrom als Funktionswert mehrere diskrete Werte innerhalb des relevanten Drehzahlbereichs eingesetzt. Es handelt sich hierbei um 2000 1/min. 15000 1/min oder statt dessen 20000 1/min und als mittlere Ansauglufttemperatur wird +20°C angesetzt. Diese Werte werden zusätzlich zur mittleren Drehzahl angesetzt.It is also used as an argument for the breakdown of the generator voltage at maximum Generator current as a function value several discrete values within the relevant Speed range used. This is 2000 1 / min. 15000 rpm or instead its 20,000 rpm and the average intake air temperature is set at + 20 ° C. This Values are applied in addition to the average speed.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.The invention is explained below using an exemplary embodiment.

In der Zeichnung zeigen:The drawing shows:

Fig. 1 eine qualitative Darstellung der Generatorkennlinie der Generatorspannung über dem Generatorstrom, Fig. 1 is a qualitative representation of the characteristic curve generator, the generator voltage across the current generator,

Fig. 2 eine für Berechnungszwecke vereinfachte Darstellung der Generatorkennlinie mit unterschiedlichen Temperaturen als Parametern und Fig. 2 is a simplified representation of the generator characteristic for calculation purposes with different temperatures as parameters and

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Ermittlung der Ausgangswerte aus Eingangswerten. Fig. 3 is a block diagram for determining the output values from input values.

Die Darstellung nach Fig. 1 zeigt den qualitativen Zusammenhang zwischen Generatorspannung und Generatorstrom bei konstanter Temperatur und konstanter Drehzahl.The illustration of FIG. 1 shows the qualitative relationship between the generator voltage and generator current at constant temperature and constant speed.

Der Extremwert im rechten Teil der Darstellung ist die kritische Generatorspannung, die bei Erreichen des maximalen Generatorstroms auftritt. Ferner ist bei relativ geringen Strömen ein Kennwert eingesetzt, der der Reglerspannung entspricht. Der Spannungs-Strom-Verlauf zeigt zunächst eine relativ hohe Generatorspannung beim Strom 0, also in der Nähe der Y- Achse. Nach einem vorübergehenden Steilabfall der Spannung mit zunehmendem Strom geht die Kurve dann in einen relativ flachen Verlauf über. Kurz vor Erreichen der kritischen Generatorspannung fällt die Spannung gegenüber dem Strom dann erneut steil ab. Danach geht der Strom mit zunehmender Verringerung der Spannung zurück und schneidet schließlich im Ursprung oder in der Nähe des Ursprungs des Koordinatensystems die Y- Achse.The extreme value in the right part of the illustration is the critical generator voltage, which at Reaching the maximum generator current occurs. Furthermore, at relatively low currents a characteristic value is used which corresponds to the regulator voltage. The voltage-current curve initially shows a relatively high generator voltage at current 0, i.e. close to the Y- Axis. After a temporary steep drop in voltage with increasing current the curve then turns into a relatively flat course. Shortly before reaching the critical Generator voltage, the voltage then drops again steeply compared to the current. After that the current decreases and cuts as the voltage decreases finally, at the origin or near the origin of the coordinate system, the Y- Axis.

In der Praxis ist der erste Teil der beschriebenen Kennlinie irrelevant, da stets eine Grundlast herrscht, die nicht unterschritten wird. Daher bewegt sich der Arbeitspunkt des Generators zumeist im nahezu linearen Bereich oberhalb der kritischen Generatorspannung. Für eine Berechnung ist es daher ausreichend, wenn die Kennlinie bis Imax als linear angesetzt wird, denn der steile Bereich bei geringen Stromentnahmen tritt nie auf.In practice, the first part of the characteristic curve described is irrelevant, since there is always a base load that is not undercut. Therefore, the operating point of the generator mostly moves in the almost linear range above the critical generator voltage. It is therefore sufficient for a calculation if the characteristic curve up to I max is assumed to be linear, because the steep range with low current draws never occurs.

Fig. 2 zeigt die für Berechnungszwecke vereinfachte Kennlinie, hier allerdings für unterschiedliche Temperaturen der Ansauglufttemperatur. Oberhalb der kritischen Generatorspannung wird die Kennlinie als linear gewertet. Der Bereich unterhalb der kritischen Generatorspannung ist für den praktischen Betrieb ebenfalls wichtig, da er bei extrem hoher Belastung angibt, welchen Strom der Generator zusätzlich zu dem von der Batterie gelieferten Strom noch beisteuert. Hier wurde herausgefunden, daß bei dem allgemeinen Kurvenverlauf der Form einer Funktion mit einem Polynom n-ten Grades eine kubische Funktion eine ausreichend genaue Beschreibung des Zusammenhangs aus Strom und Spannung liefert. Fig. 2 shows the simplified for calculation purposes characteristic here, however, for different temperatures of the intake air temperature. The characteristic is evaluated as linear above the critical generator voltage. The area below the critical generator voltage is also important for practical operation, since it indicates, under extremely high loads, which current the generator contributes in addition to the current supplied by the battery. It was found here that with the general curve shape of the form of a function with an nth degree polynomial, a cubic function provides a sufficiently precise description of the relationship between current and voltage.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild zur Realisierung der Berechnung der Generatorausgangsgrößen. Dabei können die einzelnen Blöcke als Module eines Analogrechners oder als Programmodule eines Digitalrechners realisiert sein. Fig. 3 shows a block diagram for realizing the calculation of the generator output variables. The individual blocks can be implemented as modules of an analog computer or as program modules of a digital computer.

Als Eingangsgrößen werden zur Verfügung gestellt: Die Generatorspannung Ugen, die Generatordrehzahl Ngen und die Ansauglufttemperatur Tansaug. Zwischengrößen sind der maximale Generatorstrom Imax, die Reglerspannung Ureg, die kritische Generatorspannung Ukrit und der Innenwiderstand RI. Ausgangsgröße ist der Generatorstrom Igen.The following are available as input variables: the generator voltage U gen , the generator speed N gen and the intake air temperature T intake . Intermediate quantities are the maximum generator current Imax, the regulator voltage U reg , the critical generator voltage U crit and the internal resistance R I. The output variable is the generator current I gen .

Befindet sich der Generator in einem Betriebszustand oberhalb der kritischen Spannung, so wird der Generatorstrom aus der Generatorspannung in Verbindung mit der Ansauglufttemperatur ermittelt. Dazu wird in einem Block 1, der den Regler symbolisiert, die Reglerspannung Ureg aus der Ansauglufttemperatur ermittelt. Dies geschieht nach der Formel Ureg = Usoll - U/T.(Treg - T0). Weist z. B. der Regler eine Spannungs- Temperaturkonstante von z. B. -0,01 V/°C auf und ist die Nenntemperatur des Reglers auf 25°C festgelegt, so wird für ΔU/T der Wert 0.01 V/°C eingesetzt und für die Nenntemperatur 25°C.If the generator is in an operating state above the critical voltage, the generator current is determined from the generator voltage in connection with the intake air temperature. For this purpose, the regulator voltage U reg is determined from the intake air temperature in a block 1 , which symbolizes the regulator. This is done according to the formula U reg = U soll - U / T. (T reg - T 0 ). Assigns e.g. B. the controller has a voltage temperature constant of z. B. -0.01 V / ° C and if the nominal temperature of the controller is set to 25 ° C, the value 0.01 V / ° C is used for ΔU / T and 25 ° C for the nominal temperature.

Im Block 2 wird der Innenwiderstand Ri des Generators berücksichtigt, der durch den Kupferwiderstand der Wicklungen sowie der Gleichrichterdioden zustandekommt. Dieser Wert ist allerdings nicht konstant, sondern ebenfalls temperaturabhängig.In block 2 , the internal resistance R i of the generator is taken into account, which is caused by the copper resistance of the windings and the rectifier diodes. However, this value is not constant, but also temperature-dependent.

Bezogen auf die Kennliniendarstellung in Fig. 2 betrifft der aus Block 1 resultierende Wert den Schnittpunkt des linearisierten Verlaufs der Kennlinie mit der Y-Achse und der aus Block 2 resultierende Wert die Neigung oder Steigung der linearisierten Funktion. Im Block 3 wird nun der Strom errechnet nach der Formel Igen = (Ureg-Ugen)/RI, wobei Ri eine Funktion der Ansauglufttemperatur ist.Based on the characteristic diagram in Fig. 2, the results from block 1 value relates to the intersection point of the linearized curve of the characteristic curve with the Y axis and the current resulting from block 2 value of the inclination or slope of the linearized function. In block 3 , the current is now calculated according to the formula I gen = (U reg -U gen ) / RI, where R i is a function of the intake air temperature.

Um festzustellen, in welchem Bereich der Kennlinie der Arbeitspunkt des Generators liegt, ist zunächst die Bestimmung der kritischen Generatorspannung nötig. Dazu wird zusätzlich der maximale Generatorstrom Imax ermittelt, indem in einem Block 4 in Abhängigkeit der Drehzahl des Generators Ngen und der Ansauglufttemperatur in dem gemessenen dreidimensionalen Kennfeld der für den aktuellen Betriebspunkt maximal mögliche Generatorstrom bestimmt wird.In order to determine in which area of the characteristic the operating point of the generator lies, the critical generator voltage must first be determined. For this purpose, the maximum generator current I max is additionally determined by determining the maximum possible generator current for the current operating point in a block 4 as a function of the speed of the generator N gen and the intake air temperature in the measured three-dimensional map.

Im Block 5 wird nun dieses Kriterium ausgewertet, indem der maximal mögliche Generatorstrom mit der Neigung der Reglerkennlinie, also dem temperaturabhängigen Innenwiderstand, multipliziert wird und dieser Wert von der im Block 1 bestimmten Reglerspannung subtrahiert wird. Liegt dann der aktuelle Betriebspunkt der Generatorspannung bildlich über dem maximal möglichen Generatorstrom, bestimmt der Regler die Kennlinie, ansonsten liegt der Arbeitspunkt im Bereich der kubischen Funktion und der Arbeitspunkt wird in Verbindung mit der Bordbatterie bestimmt. This criterion is now evaluated in block 5 by multiplying the maximum possible generator current by the inclination of the regulator characteristic curve, that is to say the temperature-dependent internal resistance, and subtracting this value from the regulator voltage determined in block 1 . If the current operating point of the generator voltage is visually above the maximum possible generator current, the controller determines the characteristic curve, otherwise the working point is in the range of the cubic function and the working point is determined in connection with the on-board battery.

Das Kriterium, in welchem Bereich der Kennlinie der Arbeitspunkt liegt, wird durch Block 6 bestimmt und steuert einen Schalter 7.The criterion in which area of the characteristic the working point lies is determined by block 6 and controls a switch 7 .

Zur Ermittlung des Arbeitspunktes auf der kubischen Kennlinie muß deren Verlauf zunächst grundsätzlich ermittelt werden. Es wird hier eine kubische Gleichung mit vier Koeffizienten angesetzt. Diese Koeffizienten können durch vier Wertepaare aus der Messung ermittelt werden. Als erstes Wertepaar bietet sich wegen des gemeinsamen Extremwertes mit der linearen Funktion der maximal mögliche Strom und die zugehörige Spannung, also die kritische Spannung an. Ein zweites Wertepaar kann dadurch gewonnen werden, daß ein Schnittpunkt mit der Y-Achse betrachtet wird, der unabhängig von der Temperatur und der Drehzahl existiert. Dieser Schnittpunkt kann im Ursprung des Koordinatensystems liegen. Zulässig ist aber auch ein Schnittpunkt auf der Y-Achse oberhalb des Ursprungs. Dies wäre z. B. bei 0 A Generatorstrom eine Generatorspannung zwischen 0 V und 1,5 V.To determine the operating point on the cubic characteristic curve, its course must first basically be determined. It becomes a cubic equation with four coefficients stated. These coefficients can be determined from the measurement using four pairs of values become. The first pair of values is because of the common extreme value with the linear function of the maximum possible current and the associated voltage, i.e. the critical voltage. A second pair of values can be obtained by a Intersection with the Y axis is considered, which is independent of the temperature and the Speed exists. This intersection can be at the origin of the coordinate system. However, an intersection on the Y axis above the origin is also permissible. This would be z. B. at 0 A generator current, a generator voltage between 0 V and 1.5 V.

Ein drittes Wertepaar ergibt sich durch die Steigung, mit der die Kennlinie die Y-Achse schneidet oder die Spannung bei einer minimalen Belastung von z. B. 1 A. Auch hier wurde festgestellt, daß dieser Wert nahezu temperatur- und drehzahlunabhängig ist. Für die Steigung im Schnittpunkt mit der Y-Achse kann der Wert Null eingesetzt werden, was auch dem Wert der ersten Ableitung der kubischen Funktion an derselben Stelle entspricht. Bei der alternativen Bestimmung eines Spannungswertes bei einem Strom von 1A kann eine um 0,05 V höhere Spannung als im Schnittpunkt mit der Y-Achse angesetzt werden, also z. B. bei einer Spannung von 1,4 V im Schnittpunkt mit der Y-Achse eine Spannung von 1,45 V bei 1 A.A third pair of values results from the slope with which the characteristic curve the Y axis cuts or the voltage at a minimum load of e.g. B. 1 A. Here too found that this value is almost independent of temperature and speed. For the Slope at the intersection with the Y axis, the value zero can be used, which too corresponds to the value of the first derivative of the cubic function in the same place. at the alternative determination of a voltage value at a current of 1A can be around 0.05 V higher voltage than at the point of intersection with the Y axis. B. at a voltage of 1.4 V at the intersection with the Y axis, a voltage of 1.45 V at 1 A.

Das vierte Wertepaar ist allerdings temperatur- und drehzahlabhängig und legt vereinfacht ausgedrückt die Steigung fest, mit der sich der Kennlinienverlauf wieder dem Ursprung des Koordinatensystems annähert. Die Temperaturabhängigkeit geht mit geringerer Wichtung ein. Um für alle Betriebsarten eine ausreichende Aussagekraft zu erzielen, werden zweckmäßig Messungen bei den auch schon vorher markanten Temperaturen durchgeführt, nämlich bei -20°C, +20°C, +60°C und +90°C. Die Messungen werden einmal bei der mittleren Drehzahl von 6000 1/min und zusätzlich bei 2000 1/min und 15000 1/min oder 20000 1/min durchgeführt. Dabei wird diese Messung für einen Spannungswert vorgenommen, der bei einem Strom unterhalb des Maximalstroms auftritt, vorzugsweise bei Imax-5 A. Auf diese Weise kann nun der Generatorstrom ermittelt werden, wobei sich natürlich für unterschiedliche Drehzahlen und Temperaturen auch unterschiedliche Koeffizienten ergeben. Ansonsten folgt aber die Berechnung des Stromes mit ausreichender Genauigkeit der kubischen Funktion, so daß der Strom ermittelt werden kann, der bei hoher Belastung noch vom Generator beigesteuert wird, während der Rest dann vom Fahrzeugakku übernommen wird.The fourth pair of values, however, is temperature and speed dependent and, to put it simply, defines the slope with which the characteristic curve approaches the origin of the coordinate system. The temperature dependence is less weighted. In order to achieve sufficient informative value for all operating modes, measurements are expediently carried out at the previously striking temperatures, namely at -20 ° C, + 20 ° C, + 60 ° C and + 90 ° C. The measurements are carried out once at the average speed of 6000 1 / min and additionally at 2000 1 / min and 15000 1 / min or 20,000 1 / min. This measurement is carried out for a voltage value that occurs at a current below the maximum current, preferably at I max -5 A. In this way, the generator current can now be determined, with different coefficients naturally also resulting for different speeds and temperatures. Otherwise, the calculation of the current follows with sufficient accuracy of the cubic function, so that the current can be determined, which is still contributed by the generator under high load, while the rest is then taken over by the vehicle battery.

Die Berechnung erfolgt hier im Block 8, dem als Eingangsgrößen die Generatordrehzahl Ngen, die Ansauglufttemperatur und die Generatorspannung Ugen zugeführt werden.The calculation takes place here in block 8 , to which the generator speed N gen , the intake air temperature and the generator voltage U gen are supplied as input variables.

Claims (7)

1. Verfahren zur Ermittlung von elektrischen Ausgangsgrößen eines mit einem Spannungsregler gekoppelten Bordgenerators in einem Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von physikalischen Eingangsgrößen, dadurch gekennzeichnet, daß an einem realen Bordgenerator mit Spannungsregler der Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung als Funktion der Reglerspannung, der Drehzahl der Generatorwelle und der Ansauglufttemperatur am Generatorlüfterflügelrad ermittelt und gespeichert wird und anhand der gespeicherten Funktion eine der Größen Ausgangsstrom, Ausgangsspannung, Reglerspannung, Drehzahl oder Ansauglufttemperatur bei Vorgabe der übrigen Größen rechnerisch ermittelt wird.1. A method for determining electrical output quantities of an on-board generator coupled to a voltage regulator in a motor vehicle as a function of physical input quantities, characterized in that the output current and the output voltage as a function of the regulator voltage, the rotational speed of the generator shaft and the intake air temperature on a real on-board generator with voltage regulator is determined and stored on the generator fan impeller and one of the variables output current, output voltage, regulator voltage, speed or intake air temperature is determined mathematically on the basis of the stored function when the other variables are specified. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des kritischen Generatorspannungswertes eine lineare Kennlinie angesetzt wird und der Generatorstrom nach der Formel: Igen = (Ureg-Ugen)/Ri berechnet wird und unterhalb des kritischen Generatorspannungswertes eine Funktion mit einem Polynom n-ten Grades angesetzt wird und der Generatorstrom nach der Formel: Igen = m0.Ugen n + m1.Ugen n-1 + m2.Ugen n-2 + . . . + mn berechnet wird, wobei Ureg die temperaturabhängige Reglerspannung, Ugen die drehzahlabhängige und zusätzlich von der Reglerspannung und dem Innenwiderstand abhängige Generatorspannung, Ri der temperaturabhängige Innenwiderstand und m0, m1, m2, und mn temperaturabhängige, drehzahlabhängige, innenwiderstandsabhängige und maximalstromabhängige Koeffizienten sind.2. The method according to claim 1, characterized in that a linear characteristic curve is set above the critical generator voltage value and the generator current is calculated according to the formula: I gen = (U reg -U gen ) / R i and below the critical generator voltage value a function with a polynomial of the nth degree and the generator current according to the formula: I gen = m 0 .U gen n + m 1 .U gen n-1 + m 2 .U gen n-2 +. , , + m n is calculated, where U reg is the temperature-dependent regulator voltage, U gen the speed-dependent generator voltage, which is also dependent on the regulator voltage and the internal resistance, R i the temperature-dependent internal resistance and m 0 , m 1 , m 2 , and m n temperature-dependent, speed-dependent, are internal resistance dependent and maximum current dependent coefficients. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Funktion mit einem Polynom n-ten Grades eine kubische Funktion der Form Igen = a.Ugen 3 + b.Ugen 2 + c.Ugen + d angesetzt wird, wobei a, b, c und d temperaturabhängige, drehzahlabhängige, innenwiderstandsabhängige und maximalstromabhängige Koeffizienten sind.3. The method according to claim 1, characterized in that a cubic function of the form I gen = aU gen 3 + bU gen 2 + cU gen + d is set as a function with a polynomial n degree, where a, b, c and d are temperature-dependent, speed-dependent, internal resistance-dependent and maximum current-dependent coefficients. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ermittlung der gesuchten Funktion
  • a) ein erstes dreidimensionales Kennfeld mit Drehzahl und Ansauglufttemperatur als Argumente und dem maximalen Generatorstrom als Funktionswert gemessen wird,
  • b) ein zweites dreidimensionales Kennfeld bei einer konstanten mittleren Drehzahl mit Generatorstrom und Ansauglufttemperatur als Argumente und der Generatorspannung als Funktionswert gemessen wird,
  • c) der Zusammenbruch der Generatorspannung beim maximalen Generatorstrom als Funktionswert mit der Drehzahl als Argument bei konstanter mittlerer Ansauglufttemperatur gemessen wird.
4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that for the determination of the function sought
  • a) a first three-dimensional map with speed and intake air temperature as arguments and the maximum generator current as a function value is measured,
  • b) a second three-dimensional map is measured at a constant average speed with generator current and intake air temperature as arguments and the generator voltage as a function value,
  • c) the breakdown of the generator voltage at the maximum generator current is measured as a function value with the speed as an argument at constant mean intake air temperature.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als mittlere Drehzahl 6000 1/min angesetzt wird.5. The method according to claim 4, characterized in that 6000 as the average speed 1 / min is set. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Argumente für beide dreidimensionalen Kennfelder nur mehrere diskrete Werte innerhalb des relevanten Temperaturbereichs der Ansauglufttemperatur eingesetzt werden, vorzugsweise -20°C, +20°C, +60°C, 90°C.6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that as arguments for both three-dimensional maps only several discrete values within the relevant temperature range of the intake air temperature are used, preferably -20 ° C, + 20 ° C, + 60 ° C, 90 ° C. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Argument für den Zusammenbruch der Generatorspannung beim maximalen Generatorstrom als Funktionswert mehrere diskrete Werte innerhalb des relevanten Drehzahlbereichs eingesetzt werden, vorzugsweise 2000 1/min und 15000 1/min oder 20000 1/min und als mittlere Ansauglufttemperatur +20°C angesetzt wird.7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that as Argument for the breakdown of the generator voltage at the maximum Generator current as a function value several discrete values within the relevant Speed range are used, preferably 2000 1 / min and 15000 1 / min or 20000 rpm and the mean intake air temperature + 20 ° C.
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