DE4038301A1 - Verfahren und vorrichtung zur unterdrueckung von schwingungen des fahrzeugaufbaus - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Vibratio­ nen des Aufbaus eines Fahrzeugs und insbesondere auf ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Schwingungen eines Fahrzeugs bei der Beschleunigung des Fahrzeugs.

Im Automobilbau ist es eine bekannte Technik, die Dreh­ momentsänderung eines Fahrzeugs aufgrund der Maschinenlei­ stung zu erfassen und die Drehmomentsänderung durch Steue­ rung der Ausgangsleistung eines Generators, wie z. B. der Lichtmaschine, zu unterdrücken. Eine derartige Technik ist beispielsweise in den japanischen Offenlegungsschriften 58-1 85 937, 58-1 85 938 und 63-2 12 723 offenbart.

Man macht sich dabei zunutze, daß die als Maschinenlast wirkende Leistung zum Antrieb der Lichtmaschine entspre­ chend der Ausgangsleistung der Lichtmaschine (erzeugte Energie) variiert. Wenn im Fahrzeug ein Drehmomentwechsel stattfindet, wird die Ausgangsleistung der Lichtmaschine so gesteuert, daß sie sich entsprechend dem Drehmomentwechsel ändert, wodurch die Änderung des Drehmomentes absorbiert und die Vibrationen des Fahrzeugaufbaus aufgrund des Dreh­ momentwechsels unterdrückt werden.

Diese bekannte Technik unterdrückt hauptsächlich gleich­ bleibende Vibrationen des Fahrzeugaufbaus, wie sie durch den Betrieb des Motors verursacht werden. Periodische Dreh­ momentsänderungen treten auf synchron zu Ansaugtakt, Ver­ dichtungstakt, Explosionstakt und Ausstoßtakt des Motors, und die periodische Änderung des Drehmoments wird unter­ drückt, indem die Ausgangsleistung der Lichtmaschine so ge­ steuert wird, daß sie in ihrer Phase gegenläufig zum perio­ dischen Drehmomentwechsel ist.

Vibrationen des Fahrzeugaufbaus umfassen aber auch andere als diese gleichbleibenden, durch den Maschinenzyklus ver­ ursachten Vibrationen, wie z. B. Schwingungen des Fahr­ zeuges, die durch Beschleunigungen des Fahrzeugs verursacht werden. Die gleichbleibenden Vibrationen werden durch den gleichbleibenden Zyklus des Drehmomentwechsels im Fahrzeug­ aufbau erzeugt, und bekannte Techniken unterdrücken den Drehmomentwechsel, indem sie ihn erfassen, insbesondere die Zunahme des Drehmoments im Zündtakt, und ein Drehmoment entgegengesetzter Phase zu der des Drehmomentwechsels im Antrieb erzeugen. Mit dieser Technik ist es aber schwerlich möglich, die Anfahrschwingungen eines Fahrzeugaufbaus aus­ reichend zu unterdrücken.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vor­ richtung anzugeben, womit Vibrationen des Fahrzeugaufbaus, insbesondere Schwingungen bei der Beschleunigung des Fahr­ zeugs wirksam unterdrückt werden, indem ein mit dem Fahr­ zeugmotor gekoppelter Generator gesteuert wird.

Ein Fahrzeug hat einen Hauptantrieb sowie ein Übertragungs­ system zur Übertragung von Motorenergie auf die Räder des Fahrzeugs, sowie einen Hilfsapparateantrieb und ein dazuge­ höriges Übertragungssystem. Der Hauptantrieb sowie dessen Übertragungssystem umfaßt den Motor zum Antreiben des Fahr­ zeugs, und der Hilfsapparateantrieb samt zugehörigem Über­ tragungssystem umfaßt einen mit dem Motor verbundenen Gene­ rator, wie z. B. die Lichtmaschine, der von diesem Motor an­ getrieben wird. Wenn der Generator viel Energie erzeugt, entzieht er diese der Motorleistung, wodurch das Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs herabgesetzt wird.

In einem derartigen Fahrzeug wird die der vorliegenden Er­ findung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß der Drehmomentwechsel beispielsweise bei Schwingungen des Fahr­ zeugs, die durch Beschleunigung des Motors erzeugt werden, erfaßt wird, dann mittels Pulsbreitenmodulation mit der er­ faßten Schwingungswelle ein Steuersignal für den Feldstrom des Generators erzeugt wird, und der Feldstrom durch das Steuersignal moduliert wird. Erfindungsgemäß wird das Tast­ verhältnis des Feldstromes durch die Pulsbreitenmodulation der Schwingungswelle gesteuert, so daß der Feldstrom nähe­ rungsweise gleichphasig zur Schwingungswelle ist und der Drehmomentwechsel im Fahrzeug durch Energieerzeugung des Generators, die durch den derartig veränderten Feldstrom erzeugt wird, absorbiert wird.

Ein Aspekt der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die durch Beschleunigung des Fahrzeugs erzeugte Schwingung des Fahrzeugs erfaßt wird, daß ein Beschleunigungswert der er­ faßten Schwingung mit einem vorbestimmten Zielbeschleuni­ gungswert verglichen wird, um eine Differenz zu bilden, daß ein Steuerungssignal für den Feldstrom des Generators durch Pulsbreitenmodulation der Schwingungswelle erzeugt wird, indem ein Regelkreis mit zumindest einer Proportionalsteue­ rung verwendet wird, und daß der Feldstrom mit dem Steue­ rungssignal moduliert wird, um dadurch ein Drehmoment zu erzeugen, das zur Absorption der Schwingung im Generator führt.

Ein anderer Aspekt der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Anfangsphase eines Vibrationszyklus einer durch die Beschleunigung des Fahrzeugs verursachten Schwingungen des Fahrzeugs erfaßt wird, daß ein Schwingungswellenmuster des Fahrzeugs auf der Grundlage des erfaßten Vibrationszyklus­ teils in der Anfangsphase vorhergesagt wird, daß ein Steue­ rungssignal für den Feldstrom des Generators durch Puls­ breitenmodulation des vorhergesagten Schwingungswellenmu­ sters erzeugt wird, und daß der Feldstrom durch das Steue­ rungssignal verändert wird, so daß er näherungsweise gleichphasig mit dem vorhergesagten Schwingungswellenmuster ist, wodurch ein Drehmoment erzeugt wird, das zur Absorp­ tion der Schwingung im Generator führt.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen werden nun einzelne Aus­ führungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Wellendiagramm zur Erklärung der vorliegen­ den Erfindung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Unterdrückung der Schwingung eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein Blockdiagramm der wichtigen Teile aus Fig. 2;

Fig. 4 ein Diagramm einer durch eine Proportionalsteue­ rung gesteuerten Schwingung;

Fig. 5 ein Diagramm von Schwingungswellen bei einer Vor­ hersagesteuerung;

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer tatsächlichen Schaltung einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Unter­ drückung von Schwingungen, die eine Proportional­ steuerung aufweist;

Fig. 7 ein erklärendes Diagramm, das ein Schwingungsphä­ nomen zum Zeitpunkt der Fahrzeugbeschleunigung zeigt; und

Fig. 8 ein Diagramm, das den Schwingungsmechanismus eines Steuerungssystems gemäß dem Stand der Tech­ nik erklärt.

Bezugnehmend auf Fig. 7 wird zunächst ein Schwingungsphäno­ men des Fahrzeugs erklärt, die Zeit ist als Abszisse und die Geschwindigkeit als Ordinate eingetragen. Wird ein Fahrzeug gestartet und beschleunigt, pulsiert dessen Ge­ schwindigkeit. In dem Beispiel der Fig. 7 pulsiert die Fahrzeuggeschwindigkeit mit einer Frequenz von ungefähr 5,5 Hz.

Bezugnehmend auf Fig. 8 wird als nächstes ein Mechanismus erklärt, bei dem Schwingungsphänomene auftreten.

Die Motorregelung 20 in Fig. 8 umfaßt einen Drosselklappen­ öffnungssensor 21, einen Luftflußsensor 22 und einen Dreh­ zahlsensor 23, eine Steuerung 24, ein Kraftstoffzufuhr­ system 25 und ein Zündsystem 26. Auf der Grundlage der Signale des vom Fahrpedal betätigten Drosselklappenöff­ nungssensors 21, des Luftflußsensors 22 und des Drehzahl­ sensors 23 steuert die Steuerung 24 das Kraftstoffzufuhr­ system 25 und das Zündsystem 26 und gibt Leistung an das Antriebssystem 28 ab.

Die Fahrlast 29 kann dabei immer als eine von außen wir­ kende Störung des Antriebssystems 28 angesehen werden. Un­ ter Einfluß der Trägheit, beispielsweise der des Fahr­ zeuges, wird Maschinenleistung zeitweise in einer Antriebs­ welle gespeichert und wieder abgegeben. Durch eine Abfolge mehrerer solcher Vorgänge tritt ein Schwingungsphänomen, wie beispielsweise das des Nachhinkens der Drehzahl oder des Pendelns der Drehzahl um einen Sollwert herum, auf. Hieraus ist ersichtlich, daß sich das Schwingungsphänomen von dem kontinuierlichen Drehmomentwechsel aufgrund des Mo­ tortaktes unterscheidet, so daß die Schwingungen schwer un­ terdrückt werden können, indem man den zyklischen Dreh­ momentwechsel erfaßt, insbesondere die Zunahme während des Zündtaktes, und man dann ein Drehmoment, dessen Phase der des Drehmomentwechsels entgegengesetzt ist, in der Lichtma­ schine erzeugt. Und da außerdem die Ansprechgeschwindigkeit eines üblicherweise verwendeten Kraftstoffzufuhrsystems 25 begrenzt ist, kann eine Schwingung des Fahrzeugaufbaus auch nur schwer dadurch unterdrückt werden, daß die Schwingung des Kraftstoffzufuhrsystems 25 unterdrückt wird.

Erfindungsgemäß wird eine Schwingung eines Fahrzeugkörpers bei ihrem Auftreten erfaßt, so daß ein Ausgangssignal des Beschleunigungssensors, wie in Fig. 1(a) dargestellt, ent­ steht. Wie weiterhin in den Fig. 1(b) und 1(c) dargestellt, wird das Ausgangssignal des Beschleunigungsdetektors, nach­ dem es gefiltert wurde, unter Verwendung einer Referenz­ dreiecksspannung einer Pulsbreitenmodulation unterworfen, so daß ein pulsbreitenmoduliertes Ausgangssignal entsteht (PWM-Ausgabe), mit dieser PWM-Ausgabe wird dann der Feld­ strom der Lichtmaschine moduliert, so daß der modulierte Feldstrom eine zumindest annähernd gleiche Phase hat wie die Schwingungswelle.

Bezugnehmend auf Fig. 1 wird das Prinzip dieser Feldstrom­ steuerung genau erklärt.

Das Ausgangssignal eines zur Schwingungserfassung einge­ setzten Beschleunigungssensors ist in Fig. 1(a) als eine Schwingungswelle dargestellt.

Nach Durchlaufen eines Verstärkers sowie eines Bandpaßfil­ ters, der einen bestimmten Frequenzbereich, beispielsweise den um 5,5 Hz herum, durchläßt, entsteht eine Welle, wie sie durch die durchgezogene Linie in Fig. 1(b) dargestellt ist.

Die in der Fig. 1(b) dargestellte Schwingungswelle wird mit einer Dreiecksschwingung konstanter Frequenz verglichen und in ein pulsbreitenmoduliertes Signal (Digitalsignal), wie in Fig. 1(c) dargestellt, umgewandelt. Wie aus Fig. 1(b) und 1(c) ersichtlich, wird das Tastverhältnis größer, wenn der Drehmomentwechsel (Beschleunigungswert) größer wird. Indem das pulsbreitenmodulierte Signal als Steuerungssignal für den Feldstrom der Lichtmaschine verwendet wird und in­ dem die Welle zeitlich an den Vibrationszyklus der Schwin­ gung angepaßt wird, erhält man den Feldstrom, der gleich­ phasig oder nahezu gleichphasig mit der Schwingungswelle ist.

Diese Steuerung des Feldstromes führt zu einer Vergrößerung des Feldstromes, wenn der Drehmomentwechsel in positiver Richtung beim Auftreten von Schwingungen beim Beschleunigen des Fahrzeugs auftritt, wodurch der Betrag der erzeugten Energie und das zum Antrieb der Lichtmaschine benötigte Drehmoment zunimmt. Dieses zunehmende Drehmoment dient zur Auslöschung der Schwingung, sie wird dadurch absorbiert.

Wenn die Drehmomentsänderung in negativer Richtung größer wird, nimmt der Feldstrom und somit das für die Lichtma­ schine benötigte Antriebsdrehmoment ab, so daß der Dreh­ momentwechsel reduziert wird.

Auf diese Weise kann die durch die Fahrzeugbeschleunigung verursachte Fahrzeugschwingung unterdrückt werden.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Steuerungssignal des Feldstromes der Lichtmaschine auf der Grundlage der Differenz zwischen einem Drehmomentsände­ rungswert, der während der Beschleunigung erfaßt wurde (erfaßter Beschleunigungswert), und einem Sollbeschleuni­ gungswert so gesteuert, daß er als Ausgangssignal eines Re­ gelkreises gleich dem Sollwert ist, wobei zumindest eine Proportionalsteuerung verwendet wird.

Wenn die Regelung des Steuerungssignals für den Feldstrom der Lichtmaschine mittels einer Proportionalsteuerung durchgeführt wird, vergrößert sich mit größer werdendem erfaßten Drehmomentsänderungswert die Pulsbreite (das Tastverhältnis) des pulsbreitenmodulierten Signals. Indem somit der Feldstrom mit dem pulsbreitenmodulierten Signal gesteuert wird, hat der Feldstrom eine Welle, die nähe­ rungsweise gleichphasig mit der Schwingungswelle ist. Wie weiter oben beschrieben, wird somit in der Lichtmaschine ein die Schwingung absorbierendes Drehmoment erzeugt. Wenn in der Regelschleife eine PID-Steuerung, bestehend aus der Summe eines integrierenden Gliedes (I), eines differenzie­ renden Gliedes (D) und eines Proportionalgliedes (P), ver­ wendet wird, kann die Ansprechgeschwindigkeit zur Schwin­ gungsunterdrückung sehr schnell gemacht werden, was die Schwingungsunterdrückung günstig beeinflußt.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird beim Auftreten von Schwingungen die Beschleunigung in der Anfangsphase eines Vibrationszyklus, beispielsweise die Vibration innerhalb des ersten Viertels eines Zyklus in der Anfangsphase der Schwingung, erfaßt und dann ein Schwin­ gungswellenmuster vorhergesagt. Das durch die Beschleuni­ gung erzeugte Schwingungsphänomen hat die Eigenschaft, daß es aufgrund der zum Antriebssystem des Fahrzeugs gehörenden vibrierenden Bauteile immer dasselbe Muster von Vibrationen des Fahrzeugaufbaus hat, so daß es möglich ist, das Schwin­ gungsmuster vorherzusagen. Dann wird mittels Pulsbreitenmo­ dulation das Steuerungssignal für den Feldstrom der Licht­ maschine erzeugt, so daß der Feldstrom annähernd phasen­ gleich mit dem vorhergesagten Schwingungswellenmuster ist, wodurch in der Lichtmaschine ein Drehmoment zur Absorption der Schwingung erzeugt wird.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen wird als nächstes eine Ausführungsform der Erfindung erklärt.

In Fig. 2 empfängt eine Steuerungseinheit 24 verschiedene Signale von einem Drosselklappenöffnungssensor 21, einem Luftflußsensor 22 und einem Drehzahlsensor 23 und steuert ein Kraftstoffzufuhrsystem 25 sowie das Zündsystem 26. Der Drosselklappenöffnungssensor 21 gibt ein Drosselklappenöff­ nungssignal aus, der Luftflußsensor 22 wird im Ansaugbe­ reich angebracht, um eine Luftflußmenge der in die Maschine eingesogenen Luft zu messen, und der Drehzahlsensor 23 er­ faßt die Umdrehungen pro Minute des Motors, um ein Dreh­ zahl- oder Umdrehungssignal auszugeben. Wie oben erwähnt, werden diese Signale in die Steuerungseinheit 24 zur Steue­ rung des Kraftstoffzufuhrsystems 25 und des Zündsystems 26 eingegeben. Mittels der Signale aus der Steuerungseinheit 24 steuern das Kraftstoffzufuhrsystem 25 und das Zündsystem 26 den Lauf des Motors 27. Der Motor 27 überträgt seine Ausgangsleistung an das Antriebssystem 28 des Fahrzeugs, um es dadurch anzutreiben.

In dieser Ausführungsform wird ein Wechselstromgenerator 10 (im folgenden Lichtmaschine genannt), der als Hilfseinrich­ tung anzusehen ist, als Stellglied eines Steuerungssystems zur Unterdrückung von Fahrzeugvibrationen benutzt, weil er sich zur Unterdrückung von während der Beschleunigung auf­ tretenden Schwingungen gut eignet. Das System zur Schwin­ gungsunterdrückung beinhaltet einen Schwingungsdetektor 31, der einen Drehmomentwechsel des Antriebssystems 28 des Fahrzeugs, wie er beispielsweise durch Schwingungen verur­ sacht wird, erfaßt, eine Steuerung 40, der auf der Grund­ lage des erfaßten Drehmoment-Änderungswertes, wie bei­ spielsweise dem erfaßten Schwingungswert, die Pulsbreiten­ modulation des Feldstromes der Lichtmaschine 10 durchführt, sowie ein Stellglied 41, das die pulsbreitenmodulierten Signale empfängt und den Feldstrom steuert, wodurch sich eine Steuerung des Ausgangsdrehmoments ergibt.

Die Steuerung 40 führt die Pulsbreitenmodulation des Steue­ rungssignals für den Feldstrom auf der Grundlage des erfaß­ ten Schwingungswertes durch, so daß der Feldstrom der Lichtmaschine 10 näherungsweise gleichphasig mit der Schwingungswelle verläuft. In der Praxis wird für die Steuerung 40 entweder ein Proportionalsteuerungssystem (P) oder eine vorhersagende Steuerung verwendet, um die Schwin­ gungsunterdrückungssteuerung durchzuführen.

In Fig. 3 wird ein Beispiel dargestellt, bei der die Puls­ breitenmodulation des Steuerungssignals für den Feldstrom unter Verwendung einer Proportionalsteuerung durchgeführt wird, die Steuerung 40 führt die Proportionalsteuerung (P- Steuerung) durch. Ein Beschleunigungsdetektor 31a und ein Bandpaßfilter 31c sind Bestandteile des Schwingungsdetek­ tors des Fahrzeugs. Beim Betrieb des Fahrzeugs wird nun dem Antriebssystem eine Fahrlast 29 als äußere Störung zuge­ führt, wodurch Schwingungen auftreten können. Ist dies der Fall, wird der Beschleunigungsdetektor 31 die Schwingung erfassen. Die erfaßte Schwingungswelle läuft durch den Bandpaßfilter 31a, der lediglich Frequenzen innerhalb eines gewissen Frequenzbereiches durchläßt, beispielsweise um 5,5 Hz herum.

Der erfaßte Beschleunigungswert wird mit einem vorgesetzten Sollbeschleunigungswert verglichen, um die zwischen ihnen herrschende Differenz zu erhalten, und auf deren Grundlage führt dann die Steuerung 40 eine Proportionalsteuerung des Feldstromes der Lichtmaschine durch, so daß der erfaßte Be­ schleunigungswert gleich dem Sollbeschleunigungswert wird; somit ergibt sich eine Steuerung der Ausgangsleistung der Lichtmaschine. Die gesteuerte Ausgangsleistung der Lichtma­ schine absorbiert die durch die Beschleunigung verursachten Drehmomentsänderungen im Fahrzeug. Bei dieser Proportional­ steuerung wird das Signal zur Steuerung des Feldstromes der Lichtmaschine durch Pulsbreitenmodulation der erfaßten Schwingungswelle erzeugt.

Die Steuerung zur Schwingungsabsorption oder -unterdrückung wirkt nur, wenn die elektrische Last der Lichtmaschine groß ist. Somit muß, um das für die Schwingungsunterdrückung notwendige Drehmoment zu erzeugen, ein ausreichend großer Strom verfügbar sein, und damit ein ausreichend großer Aus­ gangsstrom der Lichtmaschine fließen kann, muß eine dement­ sprechende elektrische Last vorgesehen sein.

Fig. 4 zeigt eine abklingende Schwingung, wenn die Propor­ tionalsteuerung gemäß dieser Ausführungsform greift. Die Proportionalsteuerung kann mit vergleichsweise geringem Schaltungsaufwand durchgeführt werden, es ergibt sich aber eine Ansprechverzögerung, da die Feldwicklung 13 der Licht­ maschine eine große Induktivität hat, so daß sich eine ten­ denziell längere Zeit bis zum Abklingen der Schwingung er­ gibt.

Die Ansprechverzögerung kann verkleinert werden, indem eine PID-Steuerungsschaltung (proportional/integral/differenzie­ rend) verwendet wird, wodurch Verstärkung und Phase ent­ sprechend dem Steuerungssystem korrigiert werden.

Die genaue Konstruktion des Systems zur Erzeugung elektri­ scher Energie mit der in Fig. 3 dargestellten Proportional­ steuerung wird im folgenden bezugnehmend auf Fig. 6 be­ schrieben.

In Fig. 6 ist eine dreiphasige Lichtmaschine 10 darge­ stellt, die eine Ankerwicklung 11, einen dreiphasigen Voll­ wellen-Gleichrichter 12, eine Feldwicklung 13 und ein Stellglied 41 aufweist. Die Lichtmaschine 10 ist elektrisch mit der Batterie 14 sowie einer elektrischen Last 15 ver­ bunden. Das Stellglied 41 besteht aus einem Leistungstran­ sistor 42 zur Steuerung des in der Feldwicklung 13 fließen­ den Stromes, einer Diode 43 zur Dämpfung der Änderungen des durch den Leistungstransistor 42 fließenden Stromes, einem UND-Gatter 44, einem Komparator 45, einer Referenzspannung 46 und einem Spannungsteiler (Widerstände) 47a, 47b.

Dem Stellglied 41 ist ein Steuerungssystem für den Genera­ tor zur Schwingungsunterdrückung beigegeben, das einen Schwingungsdetektor 31, eine Steuerung 40 und einen Puls­ breitenmodulator 40a aufweist.

Der Schwingungsdetektor 31 besteht aus einem Beschleuni­ gungsdetektor 31a und einem Verstärker 31b. Als Beschleuni­ gungsdetektor 31a kann beispielsweise ein Bauelement ver­ wendet werden, das Druck in elektrische Spannung mittels des Piezoeffektes umwandelt. Die durch die Fahrzeugbe­ schleunigung verursachte Schwingung bewirkt diesen Druck. Die erfaßte Beschleunigung ist sowohl vorwärts als auch rückwärts gerichtet und wird durch die Fahrzeugbeschleuni­ gung verursacht.

Der Bandpaßfilter 31c läßt eine Schwingungskomponente von ungefähr 5,5 Hz durch, um die Schwingungswelle aus Fig. 1(b) zu erzeugen.

Bei der obigen Konstruktion lädt die Lichtmaschine die Bat­ terie 14 und versorgt die elektrische Last mit Energie. Wenn im Stellglied 41 die Spannung der Batterie 14 kleiner als eine Bezugsspannung wird, wird die Spannung am Abzapf­ punkt des Spannungsteilers aus den Widerständen 47a, 47b kleiner als die Referenzspannung 46, so daß der Ausgang des Komparators 45 einen hochpegeligen Zustand einnimmt. Ande­ rerseits ist das von der Steuerung 40 über den Pulsbreiten­ modulator 40a ausgegebene Signal gewöhnlich hochpegelig. Wenn die Signale des Komparators 45 und der Steuerung 40 hochpegelig sind, wird auch der Ausgang des UND-Gatters 43 hochpegelig, und der Leistungstransistor 42 wird leitend, dadurch nimmt der Feldstrom zu und somit auch die erzeugte Energie.

Wenn die erzeugte Energie zunimmt, nimmt auch die Ausgangs­ spannung der Ankerwicklung 11 zu und die Spannung der Bat­ terie 14 nimmt zu, so daß die Spannung am Abzapfpunkt des Spannungsteilers 47a, 47b größer als die Referenzspannung 46 wird. Demzufolge wird der Ausgang des Komparators 45 niederpegelig und der Ausgang des Gatters 44 ebenso, wo­ durch der Leistungstransistor 42 abgeschaltet wird und der Feldstrom kleiner wird. Wenn der Feldstrom kleiner wird, nimmt die Ausgangsspannung der Ankerwicklung 11 ebenso wie die der Batterie 14 ab. Durch die Abfolge der obigen Vor­ gänge wird die Batteriespannung so geregelt, daß sie kon­ stant bleibt.

Wenn die Beschleunigungsvibrationen des Fahrzeugs aufgrund der während der Beschleunigung auftretenden Schwingungen groß werden, wird eine Vibrations- bzw. Schwingungswelle durch den Beschleunigungsdetektor 31a, den Verstärker 31b und den Bandpaßfilter 31c als ein erfaßter Beschleunigungs­ wert ausgegeben. Die in Fig. 1(a) dargestellte Welle ist die Ausgangswelle des Beschleunigungsdetektors 31a, sie än­ dert sich in eine durch die durchgezogene Linie in Fig. 1(b) dargestellte Welle, nachdem sie den Verstärker 31b und den Bandpaßfilter 41c durchlaufen hat. Der Bandpaßfilter 41c beinhaltet eine Steuerung zur automatischen Verstär­ kungsregelung (AGC), so daß die Vibrationswellen nicht übermäßig groß werden.

Über die Steuerung 40 wird die in Fig. 1(b) mit einer durchgezogenen Linie dargestellte Welle in den Pulsbreiten­ modulator eingegeben und mit einer Dreieckswelle, wie in Fig. 1(b) dargestellt, verglichen, wobei als Ausgang des Pulsbreitenmodulators 40a das in Fig. 1(c) dargestellte Digitalsignal erzeugt wird. Die Pulsbreite des Digital­ signals wird größer, wenn der Wert der erfaßten Beschleuni­ gung (der Drehmomentsänderung) in positiver Richtung größer wird, wodurch das Tastverhältnis des Digitalsignals gesteu­ ert wird. Der Feldstrom wird mit dem Digitalsignal, also durch das pulsbreitenmodulierte Signal gesteuert; wenn näm­ lich das Digitalsignal als ein Steuerungssignal für den Feldstrom der Lichtmaschine verwendet wird, ergibt sich ein Feldstrom wie in Fig. 1(d) dargestellt, der mit der Schwin­ gung aus Fig. 1(a) näherungsweise gleichphasig ist. Tritt eine negative Beschleunigungskomponente auf, vermindert sich aufgrund des zur Schwingungswelle gleichphasigen Feld­ stromes die Ausgangsleistung der Lichtmaschine, wodurch auch die Motorlast abnimmt, wohingegen dann, wenn eine positive Beschleunigungskomponente auftritt, die Ausgangs­ leistung der Lichtmaschine zunimmt, wodurch auch die Motor­ last zunimmt, so daß durch die Zu- und Abnahme des An­ triebsmomentes der Lichtmaschine die Schwingungen des Fahr­ zeugs unterdrückt werden.

Die Schwingungsunterdrückung mittels Feldstromsteuerung ist dann wirksam, wenn die elektrische Last der Lichtmaschine groß ist. Um die in Fig. 1(d) dargestellte Wellenform des Feldstromes zu erhalten, ist es notwendig, daß sofort dann, wenn der Transistor 42 gesteuert durch das pulsbreitenmodu­ lierte Signal leitend wird, der notwendige Feldstrom zur Verfügung steht. Wenn die elektrische Last 15 am Ausgang der Lichtmaschine groß ist, wird der Ausgang des Kompara­ tors 45 dauernd hochpegelig sein und der Ausgang des Puls­ breitenmodulators 40a wird an die Basis des Leistungstran­ sistors 42 ausgegeben, wodurch mittels des in der Feldwick­ lung fließenden Feldstromes die Feldwicklung mit Energie versehen wird, wenn der Leistungstransistor 42 angeschaltet wird, und wodurch andererseits der Feldwicklung Energie entzogen wird, wenn der Leistungstransistor 42 ausgeschal­ tet wird, so daß kein Feldstrom mehr fließt. Somit erhält man eine Stromwelle wie in Fig. 1(d) dargestellt.

Wie weiter in Fig. 1(d) dargestellt, ist es notwendig, daß der Feldstrom näherungsweise gleichphasig mit der Schwin­ gungswelle ist und daß ein Antriebsmoment für die Lichtma­ schine erzeugt wird dessen Drehmoment gegenphasig zur Schwingungswelle verläuft. Zur Schwingungsunterdrückung ist es sehr wichtig, daß Feldstrom und Schwingungswelle gleich­ phasig sind.

Als Steuerung zur Erreichung der Schwingungsunterdrückung ist es möglich, eine Proportionalsteuerung, eine PID-Steue­ rung und eine Vorhersagesteuerung zu verwenden.

Die zur Schwingungsunterdrückung der Lichtmaschine einge­ setzte Vorhersagesteuerung wird nun bezugnehmend auf Fig. 5 detailliert erklärt.

Um die durch die Fahrzeugbeschleunigung verursachte Schwin­ gungswelle eines Fahrzeugs vorherzusagen, wird das erste Viertel eines Zyklus der Schwingungswelle, also der Be­ schleunigungsänderung, erfaßt. Die Schwingungswelle wird als eine Sinuskurve vorhergesagt, was durch eine gepunktete Linie der Vibrationsstärke H und der Zykluszeit 4T darge­ stellt ist. Die Ausgangsleistung der Lichtmaschine wird so erzeugt, daß die vorhergesagte Schwingung ausgelöscht wird, was von der Methode her dem oben beschriebenen Verfahren gleicht. Die Vorhersagesteuerung basiert auf dem Prinzip, daß das Schwingungsphänomen Fahrzeugkörpervibrationen er­ zeugt, die die Eigenfrequenz eines Antriebssystems des Fahrzeugs haben. Die Vorhersagesteuerung hat ein schnelles Ansprechverhalten dieser Steuerung, so daß diese Art der Schwingungsabsorption effektiv arbeitet.

Durch die obige Ausführungsform der Erfindung kann die während der Beschleunigung auftretende Schwingung ausrei­ chend unterdrückt werden, so daß sich der Fahrkomfort im Innenraum des Fahrzeugs erhöht. Erfindungsgemäß wird der Ausgangsstrom der Lichtmaschine nicht direkt gesteuert, sondern indirekt über eine Steuerung des Feldstromes, so daß die Nennwerte der Leistungselemente zur Steuerung ver­ gleichsweise klein sind, was sich kostensenkend auswirkt. Da außerdem die Verwendung von leistungsstarken Schaltele­ menten vermieden werden kann, kann das Entstehen von Rau­ schen durch das Schalten vermieden werden, so daß sich keine Beeinflussung des Radios im Fahrzeug ergibt. Es kann somit durch eine kleine Verbesserung an der Steuerung einer konventionellen Lichtmaschine die Lichtmaschinensteuerung zur Schwingungsunterdrückung eines Fahrzeugs einfach durch­ geführt werden.

Anstelle eines Detektors für die Fahrzeugbeschleunigung kann als Schwingungsdetektor auch entweder ein Detektor für die Änderung des Beschleunigungsbetrages, der ein Signal entsprechend der zweiten Ableitung der Fahrzeuggeschwindig­ keit ausgibt, ein Winkelbeschleunigungsdetektor, der einen Änderungsbetrag der Motordrehzahl ausgibt, ein Winkelbe­ schleunigungsänderungsbetragdetektor, der ein Signal ent­ sprechend der zweiten Ableitung der Motordrehzahl ausgibt, ein Beschleunigungsdetektor, der vorwärts oder rückwärts gerichtete Beschleunigung des Fahrzeugs erfaßt, oder eine Schaltung, die die Fahrzeugbeschleunigung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung erfaßt und das ausgegebene Signal nach der Zeit differenziert, verwendet werden, wobei die Signale eines jeden Detektors über einen Filterkreis laufen können, der Frequenzen innerhalb eines gewissen Frequenzbereiches durchläßt. Diese Signale können zur Steuerung der Lichtma­ schine zur Unterdrückung der Fahrzeugschwingungen verwendet werden.

Da außerdem die Fahrzeugschwingungen gewöhnlich nur dann bei der Fahrzeugbeschleunigung auftreten, wenn im Getriebe der niedrigste Gang eingelegt ist, kann man sich außerdem eine Schaltung vorstellen, bei der die Getriebestellung erfaßt wird und die Steuerung der Schwingungsunterdrückung nur dann durchgeführt wird, wenn der niedrigste Gang einge­ legt ist.

Claims (12)

1. Verfahren zur Unterdrückung von Schwingungen eines Fahrzeugs, das einen Motor zu seinem Antrieb aufweist sowie eine Lichtmaschine, die mit dem Motor verbunden und von diesem angetrieben ist, um elektrische Energie zu er­ zeugen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Erfassung von Schwingungen des Fahrzeugs;
• - Durchführung einer Pulsbreitenmodulation mit der Schwingung, wodurch ein pulsbreitenmoduliertes Steue­ rungssignal erzeugt wird; und
• - Veränderungen des Feldstromes der Lichtmaschine mit dem pulsbreitenmodulierten Steuerungssignal, so daß der Feldstrom näherungsweise gleichphasig mit der Schwingung verläuft, wobei die Lichtmaschine Energie zur Absorption der Schwingung des Fahrzeugs erzeugt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die er­ faßte Schwingung mit einem vorbestimmten Sollwert zur Er­ zeugung einer Differenz zwischen beiden verglichen wird, und wobei die Pulsbreitenmodulation des Feldstromsteue­ rungssignals der Lichtmaschine mit einem geschlossenen Re­ gelkreis, der eine Proportionalsteuerung enthält, durchge­ führt wird.

3. Verfahren zur Unterdrückung von Schwingungen eines Fahrzeugs, die durch die Beschleunigung des Fahrzeugs verursacht werden, wobei das Fahrzeug einen Motor zu dessen Antrieb aufweist und eine Lichtmaschine, die mit dem Motor verbunden und von diesem angetrieben ist, um elektrische Energie zu erzeugen, gekennzeichnet durch folgende Schrit­ te:

• - Erfassung des anfänglichen Stadiums eines Vi­ brationszyklus der durch die Fahrzeugbeschleunigung verur­ sachten Schwingung;
• - die Vorhersage eines Schwingungsmusters auf der Grundlage des erfaßten Anfangsstadiums des Vibrationszyklus der Schwingung;
• - Durchführung der Pulsbreitenmodulation mittels der vorhergesagten Schwingungswelle, um ein Steuerungs­ signal zu erzeugen; und
• - Veränderung des Feldstromes des Generators mit dem pulsbreitenmodulierten Steuerungssignal, so daß der Feldstrom näherungsweise gleichphasig mit der vorhergesag­ ten Schwingungswelle ist, wobei die Lichtmaschine Energie zur Absorption der Fahrzeugschwingung erzeugt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das an­ fängliche Stadium des Vibrationszyklus der Schwingung ein Beschleunigungswert nach einem Viertel eines Zyklus ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Be­ schleunigungswert nach einem Viertel eines Zyklus den Vi­ brationswert H aufweist.

6. Verfahren zur Unterdrückung eines in einem Fahrzeug stattfindenden Drehmomentwechsels, wobei das Fahr­ zeug einen Motor zu seinem Antrieb aufweist und eine Licht­ maschine, die mit dem Motor verbunden ist, damit sie von diesem angetrieben werden kann und elektrische Energie er­ zeugt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

• - Erfassung eines Drehmomentwechsels im Fahrzeug;
• - das Filtern der erfaßten Drehmomentsänderung, wobei Vibrationswellen einer bestimmten Frequenz des Dreh­ momentwechsels durchgelassen werden;
• - Durchführung der Pulsbreitenmodulation mittels der Vibrationswelle, um ein pulsbreitenmoduliertes Steue­ rungssignal zu erzeugen; und
• - Veränderung des Feldstromes der Lichtmaschine mit dem pulsbreitenmodulierten Steuerungssignal, so daß der Feldstrom näherungsweise gleichphasig mit der Vibrations­ welle ist, wobei die Lichtmaschine Energie zur Absorption der Schwingungswelle des Fahrzeugs erzeugt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Feldstrom der Lichtmaschine nur dann beeinflußt wird, wenn im Getriebe ein niedriger Gang eingelegt ist.

8. Vorrichtung zur Schwingungsunterdrückung bei Fahrzeugen, die mit einem Motor (27) zu ihrem Antrieb sowie einer mit dem Motor (27) verbundenen und von ihm angetrie­ benen Lichtmaschine (10) zur Erzeugung von elektrischer Energie versehen sind, gekennzeichnet durch:

• - Mittel (31) zur Erfassung von durch die Fahr­ zeugbeschleunigung erzeugten Fahrzeugschwingungen;
• - Mittel (40, 40a) zur Durchführung von Puls­ breitenmodulation der erfaßten Schwingung, um ein pulsbrei­ tenmoduliertes Steuerungssignal zu erzeugen; und
• - Mittel (41) zur Veränderung des Feldstromes des Generators (10) mit dem pulsbreitenmodulierten Steue­ rungssignal, so daß der Feldstrom näherungsweise gleichpha­ sig mit der Fahrzeugschwingung ist, wobei die Lichtmaschine (10) elektrische Energie zur Absorption der Fahrzeugschwin­ gung erzeugt.

9. Vorrichtung zur Schwingungsunterdrückung bei Fahrzeugen, die mit einem Hauptantriebsübertragungssystem zum Übertragung von Motorleistung an die Fahrzeugräder so­ wie mit einem Hilfsantrieb zur Übertragung eines Teils der Motorleistung an eine Lichtmaschine (10) versehen sind, ge­ kennzeichnet durch:

• - einen Sensor (31) zur Erfassung von durch Be­ schleunigung verursachten Fahrzeugschwingungen,
• - Mittel (40) zum Vergleichen eines Beschleuni­ gungswertes der erfaßten Schwingung mit einem Soll-Be­ schleunigungswert, um eine Differenzwelle zwischen ihnen zu bilden, und zum Durchführen von Pulsbreitenmodulation mit der Differenzwelle, indem ein geschlossener Regelkreis ein­ schließlich einer Proportionalsteuerung zur Anwendung kommt, wodurch pulsbreitenmodulierte Steuerungssignale er­ zeugt werden; und
• - Mittel (42, 44) zur Eingabe des pulsbreitenmo­ dulierten Signals und zur Steuerung des Feldstromes der Lichtmaschine mit dem pulsbreitenmodulierten Signal, um die Energieerzeugung der Lichtmaschine (10) zu steuern, wodurch die Schwingung des Fahrzeugs absorbiert wird.

10. Vorrichtung zur Schwingungsunterdrückung bei einem Fahrzeug, das mit einem Hauptantriebssystem zur Übertragung von Motorleistung an die Räder sowie mit einem Hilfsantriebssystem zur Übertragung eines Teils der Motor­ leistung an einen Generator (10) versehen ist, gekennzeich­ net durch:

• - Mittel (31) zur Erfassung eines Teils einer Schwingung des Fahrzeugs, die durch die Fahrzeugbeschleuni­ gung verursacht wurde;
• - Mittel (40) zur Vorhersage eines Schwingungs­ wellenmusters auf der Grundlage des erfaßten Teils der Schwingung und zur Durchführung von Pulsbreitenmodulation mit der vorhergesagten Schwingungswelle, wodurch pulsbrei­ tenmodulierte Steuerungssignale erzeugt werden; und
• - Mittel (42, 44) zur Eingabe des pulsbreitenmo­ dulierten Steuerungssignals und zur Steuerung des Feld­ stromes der Lichtmaschine (10), wodurch die Erzeugung elek­ trischer Energie gesteuert und die Schwingung des Fahrzeugs absorbiert wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei der das Schwingungserfassungsmittel (31) einen Beschleuni­ gungsdetektor (31a) zur Erfassung einer Änderung der Fahr­ geschwindigkeit des Fahrzeugs sowie eine Filterschaltung (31c), die die Ausgabe des Beschleunigungsdetektors (31a) innerhalb eines gewissen Frequenzbereiches durchläßt, auf­ weist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei der das Schwingungserfassungsmittel (31) umfaßt:

• - ein erstes Mittel (31a) , das entweder
  • - ein Detektor für den Änderungsbetrag der Beschleunigung zur Ausgabe eines Wertes entsprechend der zweiten Ableitung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges, oder
  • - ein Winkelbeschleunigungsdetektor zur Aus­ gabe des Änderungsbetrages der Motordrehzahl; oder
  • - ein Detektor für den Änderungsbetrag der Winkelbeschleunigung zur Ausgabe eines Wertes entsprechend der zweiten Ableitung der Motordrehzahl; oder
  • - ein Beschleunigungsdetektor zur Erfassung von vorwärts und rückwärts gerichteter Beschleunigung; oder
  • - eine Kombination eines Beschleunigungsde­ tektors zur Erfassung vorwärts und rückwärts gerichteter Beschleunigung mit einer Differenzierungsschaltung zur Dif­ ferenzierung der Ausgabe des Beschleunigungsdetektors nach der Zeit ist; und
• - eine Filterschaltung (31c), die eine Ausgabe des ersten Mittels (31a) eines bestimmten Frequenzbereiches durchläßt.