DE3313398C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung eines Ladesystems für ein Kraftfahrzeug mit einem von einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Generator, einem Gleichrichter, einem Spannungsregler zur Regelung des Generators, um die Spannung am Ausgang des Gleichrichters mit einem vorbestimmten, auf einer Bezugsspannung basierenden Wert in Übereinstimmung zu bringen, mit einer mittels eines von dem Gleichrichter kommenden Gleichstroms aufladbaren Batterie, und mit einem Mikrocomputer für das Ladesystem zur Erfassung von Signalen für die Bedingungen an mehreren Stellen des Ladesystems und zur Durchführung von Berechnungen auf der Grundlage der so erfaßten Signale zur Optimierung der Bezugsspannung.

Gewöhnliche Vorrichtungen zur Regelung eines Ladesystems für ein Fahrzeug sind so aufgebaut, daß die Spannung, mit der eine vom Fahrzeug getragene Batterie geladen wird, im allgemeinen auf einen vorbestimmten Pegel mittels eines Spannungsreglers geregelt wird, der mit einem von der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Generator verbunden ist. Der Spannungsregler kann einen Temperaturkompensationsschaltkreis zur Kompensation der temperaturabhängigen Veränderungen der Ladekennwerte der Batterie aufweisen. In einigen Fällen wird der vorbestimmte Spannungspegel mit einem negativen Temperaturgradienten temperaturkompensiert in Hinsicht auf die Veränderungen der Umgebungstemperatur rings um den Spannungsregler, wodurch eine relative Berichtigung der temperaturabhängigen Ladekennwerte der Batterie bewirkt wird.

Die Batterie und der Spannungsregler haben sehr unterschiedliche thermische Kapazitäten und sind an unterschiedlichen Stellen angeordnet. Hierdurch wird eine Verschlechterung der Korrelation zwischen den Temperaturänderungen möglich, wodurch es schwierig ist, die Ausgangsspannung des Generators so zu regeln, daß sie mit der optimalen Ladespannung der Batterie übereinstimmt. Da weiter der Generator von einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird, ist es schwierig, die Einstellung der Speicherbatteriespannung aufgrund einer äußeren Annäherung zu ändern, um die Belastung der Verbrennungskraftmaschine zu vermindern, wenn das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert wird. Die Ladekennwerte der Speicherbatterien sind ebenfalls infolge der Veränderungen des inneren Widerstandes während des Betriebs veränderlich. Entsprechend ist eine vollständige Kompensation auf der Grundlage der Temperaturkennwerte, die von vornherein fest eingestellt sind, nicht möglich. Es ist sehr schwierig, eine optimale Regelung des Ladesystems so durchzuführen, daß diese Kennwerte den verschiedenen Fahrzeugtypen und dem Fahrverhalten gerecht werden.

Aus der EP-A1-00 10 449 ist eine Vorrichtung zur Regelung der Ladung einer Kraftfahrzeugbatterie bekannt. Ein Mikrocomputer steht mit einer Reihe von Sensoren in Verbindung, welche die Bedingungen an mehreren Stellen des Ladesystems erfassen. Bei den einzelnen Sensoren handelt es sich u. a. um einen Sensor zur Erfassung der Batteriespannung, um einen Sensor zur Erfassung der Spannung am angetriebenen Generator, um einen Temperatursensor und um einen Sensor zur Erfassung der Belastung. Durch den Mikrocomputer werden jedoch nicht Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine selbst berücksichtigt.

Aus der DE-PS 29 13 900 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Betriebsparameters einer Sekundärbatterie in einem Fahrzeug bekannt. Hierbei wirkt ein Mikrocomputer mit Spannungsmeßeinrichtungen und einer Temperaturmeßeinrichtung zusammen, die einem Ladesystem zugeordnet sind. Zusätzlich erhält der Mikrocomputer von einem Drehzahlgeber drehzahlabhängige Daten. Die einzelnen Daten des Drehzahlgebers werden jedoch so wie sie sind vom Mikrocomputer empfangen, ohne daß der Mikrocomputer selbst auf die Verbrennungskraftmaschine derart einwirkt, daß der Drehzahlgeber hierdurch beeinflußt wird.

Aus der Zeitschrift "MTZ Motortechnische Zeitschrift", 42, 1981, Heft 9, Seiten 345 und 346 ist eine Regelungsvorrichtung von Betriebsparametern einer Brennkraftmaschine bekannt, ohne jedoch die spezifischen Probleme bei einem Ladesystem zu berühren. Ein Rechner empfängt Signale eines Quarz-Beschleunigungsaufnehmers. Der Rechner ist Bestandteil einer kontaktlos gesteuerten Transistor-Spulenzündung. Es handelt sich hierbei um einen Klopfsensor, der ein Arbeiten bei einem recht hohen Verdichtungsverhältnis erlaubt, was zu einem hohen thermischen Wirkungsgrad führt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß für eine verbesserte Regelung des Ladesystems die Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine herangezogen werden, wobei diese in einfacher und schneller Weise erreicht werden sollen.

Die Aufgabe wird, ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß

• - zur Regelung der Verbrennungskraftmaschine ein weiterer Mikrocomputer vorgesehen ist,
• - dessen Eingang mit einem Fühler zur Erfassung eines bestimmten Betriebsparameters der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist und der Berechnungen auf der Grundlage eines vom Fühler bereitgestellten Informationssignals durchführt,
• - der unter Berückksichtigung des bestimmten Betriebsparameters ein Steuersignal an einem ersten Ausgang bereitstellt, der mit dem Mikrocomputer für das Ladesystem verbunden ist,
• - welcher die Bezugsspannung auch auf der Grundlage dieses Steuersignals berechnet und
• - der an einem zweiten Ausgang ein Signal zur Regelung der Verbrennungskraftmaschine bereitstellt.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird der Vorteil erzielt, daß gewissermaßen mit Hilfe der beiden Mikrocomputer im Parallelbetrieb gearbeitet werden kann. Das bedeutet, daß die beiden Mikrocomputer nicht in der Weise aufeinander abgestimmt sein müssen, daß sie nacheinander betrieben werden. Bekanntlich wird bei einem einzigen Mikrocomputer das diesen steuernde Programm sequentiell, d. h. nacheinander, abgearbeitet. Mit Hilfe der beiden Mikrocomputer wird einerseits die Regelung der Brennkraftmaschine (Betriebsparameter) und andererseits die Regelung des Ladesystems durchgeführt. Hierdurch wird die Programmgestaltung entsprechend vereinfacht.

Dadurch, daß der weitere Mikrocomputer mit einem Fühler zur Erfassung eines bestimmten Betriebsparameters der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist und dieser weitere Mikrocomputer Berechnungen auf der Grundlage eines vom Fühler bereitgestellten Informationssignals durchführt, ergibt sich der Vorteil, daß der bestimmte Betriebsparameter schnell und einfach beeinflußt wird, da vom weiteren Mikrocomputer eine Steuer- und Regelverbindung hin zur Brennkraftmaschine führt, von der aus der betreffende Fühler angesteuert wird.

Demnach werden aufgrund der Ergebnisse der durch die beiden Mikrocomputer durchgeführten Berechnungen sowohl die Verbrennungskraftmaschine als auch der Generator geregelt so, daß optimale Betriebsbedingungen auf einer sog. Echtzeitbasis erreicht werden. Das Ladesystem wird in vorteilhafter Weise so geregelt, daß es stabil arbeitet. Hierbei können die Betriebsbedingungen verschiedener Teile überwacht und evtl. Fehler entsprechend angezeigt werden. Dies gestattet neben der stabilen Regelung eine leichte Wartung des Ladesystems.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Fig. 1 bis 6 dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Regelung eines Ladesystems;

Fig. 2 einen Schaltkreis eines Spannungsreglers der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung; und

Fig. 3, 4, 5 und 6 Blockschaltbilder von Ladesystemen anderer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Dreiphasen-Wechselstromgenerator, der mittels einer Verbrennungskraftmaschine 11 angetrieben wird und eine sterngeschaltete Dreiphasen-Ankerwicklung 101, eine Feldwicklung 102 und einen neutralen Punkt 103 aufweist, von dem eine Information der erzeugten Spannung abgenommen werden kann. Der Wechselstromausgang des Generators 1 wird mittels eines Vollwellengleichrichters 2, der einen ersten und zweiten Ausgangsanschluß 201, 202 und einen geerdeten Anschluß 203 umfaßt, gleichgerichtet. Die Ausgangsspannung des Generators 1 wird auf einen vorbestimmten Pegel mittels eines Spannungsreglers 3 über die Regelung des durch die Feldspule 102 fließenden Feldstroms geregelt. Der Spannungsregler 3 hat einen Anfangserregeranschluß 301, einen Spannungsfühleranschluß 302, einen Feldwicklungsanschluß 303, einen geerdeten Anschluß 304, und einen Anschluß 305 zur äußeren Regelung.

Fig. 2 zeigt im einzelnen den Schaltkreis des Spannungsreglers 3. Der Spannungsregler 3 besteht aus Dioden 306, 314, Transistoren 307, 308, Widerständen 309, 311, 312, 303 und einem Komparator 310. In Fig. 1 sind weiter eine Batterie 4 und ein Zündschloß 5 dargestellt.

Weiter ist ein Mikrocomputer 6 zur Regelung des Ladesystems vorgesehen, der eine vorbestimmte Berechnung auf der Grundlage von mindestens einer von der Anzahl von Informationswerten, einschließlich der von einem Mikrocomputer 8 (s. weiter unten) zur Maschinenregelung zugeführten Werten, der Information über die Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie 4, und der Information über die erzeugte Spannung durchführt, um dadurch ein äußeres Regelbezugssignal für die äußere Einstellung der Regelspannung des Spannungsreglers 3 zu schaffen. Der Mikrocomputer 6 dient ebenfalls zur Überprüfung des Ladesystems in Bezug auf einen Fehler auf der Grundlage einer Spannung am neutralen Punkt und zur Anzeige dieser Überprüfung auf einer Anzeigeeinheit 7. Der Mikrocomputer 6 hat einen Eingangsanschluß 601 zur Aufnahme der Spannung zwischen den Anschlüssen der Batterie 4, einen Eingangsanschluß 602 zur Aufnahme der Spannung am zweiten Ausgangsanschluß 202, einen Ausgangsanschluß 603 zur Ausgabe des äußeren Regelbezugssignals, einen Eingangsanschluß 604 zur Aufnahme der Spannung vom neutralen Punkt 103, einen Eingangsanschluß 605 zur Aufnahme einer Information von dem Mikrocomputer 8 zur Maschinenregelung und einen Ausgangsanschluß 606 zur Schaffung eines Anzeigesignals für die Anzeigeeinheit 7.

Der Mikrocomputer 8 zur Maschinenregelung hat einen Eingangsanschluß 801 für ein Fühlersignal, zur Aufnahme eines Signals von dem Ausgangsanschluß 901 eines Fühlers 9, der die Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine 11 erfaßt. Ein Ausgangssignal zur Anzeige des Ergebnisses einer vorbestimmten Berechnung auf der Grundlage des Fühlersignals wird von einem Regelsignalausgangsanschluß 802 des Mikrocomputers 8 zur Maschinenregelung einem Eingangsanschluß 111 eines Stellgliedes 10 zugeführt. Der Mikrocomputer 8 zur Maschinenregelung weist ebenfalls einen Informations-Ausgangsanschluß 803 zur Schaffung einer Information für den Mikrocomputer 6 auf. Das Stellglied 10 arbeitet in Abhängigkeit vom Regelsignal von dem Mikrocomputer 8 zur Maschinenregelung, um ein Kraftstoffeinspritzregelventil und ein Luftregelventil, beispielsweise zur Regelung der Betriebsbedingungen der Maschine 11, anzutreiben.

Die Mikrocomputer 6, 8 enthalten A/D-Wandler zur Aufnahme analoger Signale. Wenn Mikrocomputer ohne A/D-Wandler verwendet werden, sollten die A/D-Wandler als Randeinheiten mit derartigen Mikrocomputern verbunden sein.

Im folgenden soll die Betriebsweise der Vorrichtung zur Regelung eines Ladesystems für ein Kraftfahrzeug beschrieben werden. Wenn das Zündschloß 5 beim Starten der Maschine 11 geschlossen wird, fließt ein Anfangserregerstrom von der Batterie 4 durch das Zündschloß 5, den Anfangserregeranschluß 301 und den Spannungserfassungs-Anschluß 302 des Spannungsreglers 3, die Feldspule 102, den Feldspulenanschluß 302 und den geerdeten Anschluß 304 des Spannungsreglers 3 zur Erde. Die so erregte Feldspule 102 induziert eine magnetomotorische Kraft.

Insbesondere, wie in Fig. 2 dargestellt, fließt der Anfangserregerstrom von dem Anschluß 301 durch die Diode 314 und den Widerstand 313 zum Anschluß 302. Der Anfangserregerstrom fließt dann durch die Feldspule 102 zum Anschluß 303, von dem der Strom dann durch den Transistor 307 und den Anschluß 304 zur Masse fließt. Wenn die Spannung am Anschluß 302 gesteigert wird, oder die Spannung am Anschluß 305 vermindert wird, wird die Ausgangsspannung des Komparators 310 umgekehrt, und hält die Transistoren 308, 307 aufeinanderfolgend im nichtleitenden Zustand. Daher wird die Verbindung zwischen den Anschlüssen 303, 304 aufgehoben.

Gleichzeitig mit der Schließung des Zündschlosses 5 werden die Mikrocomputer 6, 8, die Anzeigeeinheit 7, der Fühler 9 und das Stellglied 10 mit einer vorbestimmten Spannung von der Speicherbatterie 4 versorgt und beginnen den Betrieb. Unmittelbar nach der Schließung des Zündschlosses 5 erfaßt der Fühler 9 die Zustände der Maschine 11, wie z. B. die Temperatur, den Wasserpegel und ähnliches, und führt die entsprechenden Informationswerte dem Mikrocomputer 8 zur Regelung der Maschine zu. Der Mikrocomputer 8 führt auf der Grundlage der von dem Fühler 9 zugeführten Informationswerte eine bestimmte Berechnung durch, um ein optimales Luft/Brennstoff-Verhältnis zum Starten der Maschine 11 zu erhalten, und um Ausgangsdaten für das optimale Luft/Kraftstoff-Verhältnis dem Stellglied 10 zuzuführen. Der Mikrocomputer 8 zur Maschinenregelung liefert weiter Informationen über den Betriebszustand der Maschine 11 über den Informationsausgangsanschluß 803 zum Mikrocomputer 6. Der Mikrocomputer 6 führt eine bestimmte Berechnung aufgrund verschiedener Informationswerte durch, die ihm über die Anschlüsse 601, 602, 604, 605 zugeführt werden und gibt über den Anschluß 603 ein Signal aus, das eine Einstellung für den Spannungsregler 3 bestimmt, so daß die optimalen Zustände beim Starten der Maschine 11 geschaffen werden.

Wenn die Maschine 11 ihren Betrieb nach dem Starten aufnimmt, wird der Generator 1 mittels der Maschine 11 angetrieben und erzeugt eine Wechselstromausgangsspannung über den Ankerwicklungen 101 in Abhängigkeit von der Drehzahl des Generators 1. Die so erzeugte Wechselstromausgangsspannung wird dann mittels eines Vollwellengleichrichters 2 gleichgerichtet. Der Mikrocomputer 6 regelt die durch die Feldspule 102 fließende Feldspannung, um die Gleichrichterausgangsspannung mit einem vorbestimmten eingestellten Wert in Einklang zu bringen. Insbesondere bewirkt der Mikrocomputer 6 eine bestimmte Berechnung aufgrund der vom Mikrocomputer 8 für die Maschinenregelung zugeführten Maschinendaten und verschiedener Informationen, entsprechend den Zuständen der Teile des Ladesystems. Dann erzeugt der Mikrocomputer 6 eine Bezugsspannung zur Einstellung einer optimalen Spannung für die Maschine und des Ladesystems von dem Anschluß 603 zum externen Regelanschluß 305 des Spannungsreglers 3. Die Spannung am Anschluß 305 wird mit der Ladespannung mittels des Komparators 310 (s. Fig. 2) verglichen, und die Transistoren 308, 307 werden aufgrund des Ergebnisses eines derartigen Vergleichs geregelt, um die durch die Feldspule 102 fließende Feldspannung zu regeln.

Der Mikrocomputer 6 ist ebenfalls in der Lage, das Ladesystem nach Fehlern zu untersuchen, wie z. B. einer Überspannung, einem Zustand, in dem keine Energie erzeugt wird, und eines Bruchs des Leitungssystems des Fahrzeugs. Die Fehleruntersuchung wird wie folgt durchgeführt: Wenn der Mikrocomputer 6 aufgrund des Schließens des Zündschlosses 5 seinen Betrieb aufnimmt, arbeitet der Mikrocomputer 6 in bestimmten Zeitabschnitten, um die von den Anschlüssen 601, 602, 604 kommenden analogen Signale in digitale Signale umzuwandeln und diese digitalen Signale mit den in einem Speicher des Mikrocomputers 6 gespeicherten Werten zu vergleichen. Wenn die Ergebnisse eines derartigen Vergleichs einen Fehlerzustand anzeigen, wird ein kodiertes Fehlersignal der Anzeigeeinheit 7 zugeführt. Die Anzeigeeinheit 7 spricht auf das Signal vom Mikrocomputer 6 an und zeigt sichtbar die Fehleruntersuchung mit einer Figur oder einem besonderen Zeichen oder hörbar mit einem besonderen Ton oder einer synthetischen Sprache an.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird die Information bezüglich der erzeugten Spannung von dem neutralen Punkt 103 der Ankerwicklung 101 abgenommen. Sie kann jedoch ähnlich auch von dem zweiten Ausgangsanschluß 202 des Vollwellengleichrichters oder dem Ausgangsanschluß jeder Ankerwicklung 101 abgenommen werden.

Entsprechend einer anderen Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist ein Ausgangsstromfühler 12 dem in Fig. 1 dargestellten Schaltkreis hinzugefügt. Wenn das Zündschloß 5 geschlossen wird, wird eine bestimmte Spannung dem Ausgangsstromfühler 12 zugeführt, der dann den Betrieb aufnimmt. Der Ausgangsstromfühler 12 erfaßt dann einen durch den Vollwellengleichrichter 2 zur Batterie 4 fließenden Ausgangsstrom und liefert ein entsprechendes Erfassungssignal von einem Ausgangsanschluß 121 zu einem Eingangsanschluß 600 des Mikrocomputers 6.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der ein Batterieanschluß-Stromfühler 13 der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung hinzugefügt wurde. Der Batterieanschluß-Stromfühler 13 dient zur Erfassung des durch einen Anschluß der Batterie 4 fließenden Stroms und liefert ein Erfassungssignal von einem Ausgangsanschluß 131 zu einem Eingangsanschluß 600′ des Mikrocomputers 6. In der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform wird die Information bezüglich der erzeugten Spannung von dem zweiten Ausgangsanschluß 202 des Vollwellengleichrichters 2 abgenommen.

Fig. 5 ist eine Darstellung eines Schaltkreises einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Batteriefühler 14 der in Fig. 1 dargestellten Anordnung hinzugefügt wurde. Der Batteriefühler 14 dient zur Erfassung der Temperatur, des spezifischen Gewichts, des Säurewerts oder ähnlichem des Elektrolyts in der Batterie 4 und gibt ein elektrisches Signal zur Anzeige der erfaßten Menge von einem Ausgangsanschluß 141 zu einem Eingangsanschluß 600′′ des Mikrocomputers 6 aus.

Wie in Fig. 6 dargestellt, kann eine Anzeigelampe 15 zur Anzeige des Ladezustands der Batterie 4 vorgesehen sein.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Regelung eines Ladesystems für ein Kraftfahrzeug mit einem von einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Generator (1), einem Gleichrichter (2), einem Spannungsregler (3) zur Regelung des Generators (1), um die Spannung am Ausgang des Gleichrichters (2) mit einem vorbestimmten, auf einer Bezugsspannung basierenden Wert in Übereinstimmung zu bringen, mit einer mittels eines von dem Gleichrichter (2) kommenden Gleichstroms aufladbaren Batterie (4), und mit einem Mikrocomputer (6) für das Ladesystem zur Erfassung von Signalen für die Bedienung an mehreren Stellen des Ladesystems und zur Durchführung von Berechnungen auf der Grundlage der so erfaßten Signale zur Optimierung der Bezugsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zur Regelung der Verbrennungskraftmaschine ein weiterer Mikrocomputer (8) vorgesehen ist,
• - dessen Eingang (801) mit einem Fühler (9) zur Erfassung eines bestimmten Betriebsparameters der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist und der Berechnungen auf der Grundlage eines vom Fühler (9) bereitgestellten Informationssignals durchführt,
• - der unter Berücksichtigung des bestimmten Betriebsparameters ein Steuersignal an einem ersten Ausgang (803) bereitstellt, der mit dem Mikrocomputer (6) für das Ladesystem verbunden ist, welcher die Bezugsspannung auch auf der Grundlage dieses Steuersignals berechnet und
• - der an einem zweiten Ausgang (802) ein Signal zur Regelung der Verbrennungskraftmaschine bereitstellt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des durch eine den Gleichrichter (2) und die Batterie (4) verbindende Leitung fließenden Stroms ein Ausgangsstromfühler (12) vorgesehen ist, der ausgangsseitig mit dem Mikrocomputer (6) für das Ladesystem verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung eines durch einen Anschluß der Batterie (4) fließenden Stroms ein Batteriefühler (13) vorgesehen ist, der ausgangsseitig mit dem Mikrocomputer (6) für das Ladesystem verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung eines elektrochemischen Zustands der Batterie (4) ein Batteriefühler (14) vorgesehen ist, der ausgangsseitig mit dem Mikrocomputer (6) für das Ladesystem verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer (6) für das Ladesystem mit einer Anzeige (7) verbunden ist, in der das Ergebnis einer Ladesystem-Zustandsbestimmung anzeigbar ist.