DE4406064B4

DE4406064B4 - Fahrzeug-Wechselstromgenerator-Steuersystem

Info

Publication number: DE4406064B4
Application number: DE4406064A
Authority: DE
Inventors: Sakae Katsuta Hikita; Yuuji Ota Maeda; Masakatsu Mito Fujishita; Masahiro Katsuta Sato; Seiichi Kawasaki; Takayuki Mito Ebisawa
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1993-02-24
Filing date: 1994-02-24
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2014-02-25
Also published as: DE4406064A1; US5608309A

Abstract

Vorrichtung zum Steuern eines elektrischen Fahrzeuggenerators (3) zum Laden einer Fahrzeugbatterie (4), wobei die Vorrichtung aufweist:
a) eine Einrichtung (42, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108) zum Erfassen von Betriebsparametern (VB, Q, T, e, O₂, n, S₁, S₅, S_n) eines Zustands der Fahrzeugbatterie (4), eines Fahrzeugbetriebszustandes und einer elektrischen Last (41), die von der Fahrzeugbatterie (4) versorgt wird;
b) eine Einrichtung (8) zum Einstellen einer Vielzahl von Steuerbefehlsspannungswerten (VB1) in Abhängigkeit vom Fahrzeugbetriebszustand, wobei jeder Steuerbefehlsspannungswert (VB1) einem Befehlsspannungswert (P bzw. a) entspricht, der eine vorbestimmte Beziehung zu dem Steuerbefehlsspannungswert (VB1) hat;
c) einen Mikrocomputer (81, 82, 83) zum Ausgeben des Befehlsspannungswertes (P bzw. a) in Abhängigkeit von den Betriebsparametern;
d) eine Einrichtung (50) zum Schalten einer Ausgabespannung des Generators (3) in Abhängigkeit von dem Befehlsspannungswert (P bzw. a);
e) eine Einrichtung (504) zum Vergleichen des Befehlsspannungswertes (P bzw. a) mit der Ausgabespannung...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Fahrzeuggenerators zum Laden einer Fahrzeugbatterie.

Herkömmliche Wechselstromgeneratoren, die durch eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs angetrieben werden, werden gewöhnlich durch eine Steuerungseinrichtung gesteuert, die ein IC-Regulator genannt wird, welche die Spannung einer Fahrzeugbatterie, die durch den Generator geladen wird, erfasst und steuert. Die japanische Offenlegungsschrift JP 60-16195 A offenbart eine Fahrzeug-Wechselstromgenerator-Steuerungseinrichtung, die einen Microcomputer verwendet, um die elektrische Leistungserzeugung systematisch und sanft zu steuern, und zwar nicht nur gemäß dem Zustand der Fahrzeugbatterie sondern auch den Zuständen des Motors und der elektrischen Last. Die Steuerungseinrichtung empfängt ein Signal, das für einen Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine darstellend ist, wie von einem Sensor zum Erfassen einer eingeschalteten Klimaanlage oder eines Scheinwerfers, um den Betriebszustand oder die elektrische Last zu erfassen, und die Spannungen, die durch den Generator erzeugt werden, werden in Antwort auf den Fahrzeugbetriebszustand oder den elektrischen Lastzustand geschaltet.

Mit der obigen Generatorsteuerungseinrichtung gemäß dem Stand der Technik ist es möglich, eine sanftere Steuerung des Generatorbetriebs zu erreichen, indem ein Betriebszustand des Fahrzeugs oder seines elektrischen Lastzustands einbezogen wird. Obwohl jedoch dieses System nach dem Stand der Technik einen angemessenen Kraftstoff-Wirkungsgrad und ein angemessenes Leistungsverhalten erzielen kann, hält es keinen stabilen Betrieb aufrecht, da Ziel- oder Befehlsspannungen nur durch die Steuerungseinrichtung selbst bestimmt werden, und keine Korrektur vorgenommen wird.

EP 96 867 A2 , die den Ansprüchen 1 und 13 zugrunde liegt, offenbart ein Ladesystem für eine Fahrzeugbatterie. Das Ladesystem ist mit einem Mikroprozessor versehen. Das System steuert die Klemmspannung einer Batterie zu einem voreingestellten Wert, indem sie einen Batteriestromwert und den Fahrzeugzustand erfasst und die Ausgangsspannung eines Generators steuert. Die Abweichungen der Design-Eigenschaften unter einzelnen Fahrzeugen werden nicht berücksichtigt.

DE 41 13 732 A1 offenbart eine weitere Kraftfahrzeug-Lademaschine.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Fahrzeuggenerators zum Laden einer Fahrzeugbatterie zu schaffen, bei welchen eine Steuerung der Spannung der Fahrzeugbatterie innerhalb eines vorgegebenen Bereichs unabhängig von Abweichungen der Design-Eigenschaften des in einem Fahrzeug praktisch eingebauten Steuersystems erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der unabhängigen Ansprüche 1 und 13 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:
1 ein konzeptmäßiges, schematisches Diagramm des Fahrzeug-Wechselstromgeneratorsteuersystems der vorliegenden Erfindung;
2 ein Blockdiagramm des gesamten Systems der vorliegenden Erfindung;
3 ein konzeptmäßiges Blockdiagramm eines Teils des Generatorsteuersystems der vorliegenden Erfindung;
4 ein Blockdiagramm einer Spannungsumwandlungsschaltung;
5 ein Diagramm, das den Betrieb der Spannungsumwandlungsschaltung veranschaulicht;
6 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Steuersignal und einer Zielerzeugungsspannung veranschaulicht;
7 ein Flussdiagramm, das die Spannungskorrektur gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
8 ein Flussdiagramm, das einen Teil der Verarbeitung zur stabilen Steuerung der Spannungskorrektur zeigt;
9 eine graphische Veranschaulichung des Betriebs des Steuersystems;
10 ein Diagramm mit einer Temperaturcharakteristik einer Referenzspannung;
11 eine graphische Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Steuersignal und der Zielerzeugungsspannung bei verschiedenen Temperaturen;
12 ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Steuersystems zum Ausführen einer Korrektur gemäß der Temperatur zeigt;
13 eine Familie von Spannung-Strom-Charakteristiken für einen zu steuernden Generator gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
14 ein Flussdiagramm, welches den Betrieb des Ausführungsbeispiels, auf das in Verbindung mit 13 Bezug genommen wird, veranschaulicht.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Fahrzeug-Wechselstromgeneratorsteuersystems der vorliegenden Erfindung, in der eine Verbrennungskraftmaschinen-Steuereinheit 8 Daten betreffend die Motordrehzahl, die Kühlwassertemperatur, die Drosselöffnung und den Motoreinlassluftstrom empfängt und die basierend auf diesen Bedingungen eine Last einer Klimaanlage, den Zeitpunkt des Motorstarts, den Fahrzeug-Fahrzustand und eine elektrische Last erfasst, um die Fahrzeuglast und einen Betriebszustand zu bestimmen. Die Steuereinheit 8 setzt dann einen Befehlsausgabe-Spannungswert VB1 eines Generators 3, welcher ein Optimum für den Fahrzeugzustand ist. Indem diese arithmetischen Berechnungen in der Verbrennungskraftmaschinen-Steuereinheit 8 ausgeführt werden und ein Steuersignal P (entsprechend der Befehlsspannung VB1) an eine Feldstromsteuereinheit 5 ausgegeben wird, wird die Batteriespannung gesteuert, um der Befehlsspannung in dem Wechselstromgenerator 3 zu folgen. Gemäß der Erfindung wird ein Korrekturwert ΔVB aus der Differenz zwischen der Batteriespannung und der Zielerzeugungsspannung (dargestellt durch das Steuersignal P) bestimmt und wird verwendet, um das Steuersignal zu korrigieren. Wie in 7 gezeigt, wird der Korrekturwert durch Subtraktion der Batteriespannung VB und der Zielspannung VB1 bestimmt, oder, in einem anderen Ausführungsbeispiel, es wird ein Verhältnis verwendet. In noch weiteren Ausführungsbeispielen wird der Korrekturwert gemäß anderer Algorithmen bestimmt. Der so bestimmte Wert von ΔVB wird dann verwendet, um die Befehlsspannung VB1 (und damit das Steuersignal P) zu korrigieren.
2 ist ein detaillierteres, schematisches Diagramm des Wechselstromgenerator-Steuersystems der vorliegenden Erfindung, bei dem eine in einem Fahrzeug (wie einem Kraftfahrzeug) montierte Verbrennungskraftmaschine 1 eine Kurbelwelle 11 zum Ausgeben eines Drehmoments aufweist. Ein Wechselstromgenerator 3 ist mechanisch mit der Kurbelwelle 11 über eine Riemenscheibe und einen Riemen (nicht gezeigt) verbunden. Ähnlich zu einem herkömmlichen Generator weist der Wechselstromgenerator 3 einen Rotor mit einer Feldwicklung 31 an seiner äußeren Peripherie und einen Stator mit Dreiphasen-Wicklungen 32a, 32b und 32c auf, die der äußeren Peripherie des Rotors gegenüberliegen. Der Rotor wird synchron mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 1 angetrieben. Eine Gleichrichterschaltung 33 mit z.B. sechs reihen-parallel-verbundenen Dioden ist mit den Dreiphasen-Wicklungen 32a, 32b und 32c so verbunden, um die Dreiphasen-Wechselstromausgabe des Generators 3 gleichzurichten und die Ausgabe an die Fahrzeugbatterie 4 auszugeben, um sie zu laden. Der Generator 3 ist lokal mit einer herkömmlichen Leistungserzeugungs-Steuerungseinrichtung 50 zum Regulieren der Ausgabespannung basierend auf der Spannung der Batterie 4 versehen.
Das Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 1 wird auf herkömmliche Weise an ein Antriebsrad 6 über ein Getriebe 2 übertragen. Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist ein Vierzylinder-MPI-Motor (Mehrstellen-Kraftstoffeinspritzung, multiple port fuel injection), der mit vier Einspritzdüsen 51 und ihren Antriebsanordnungen 52 versehen ist, welche die an jeden Zylinder zu liefernde Kraftstoffmenge steuern, sowie eine Zündkerze 53 für jeden Zylinder. Die Zündkerzen erzeugen in Antwort auf eine von einem Verteiler 54 angelegte hohe Spannung Funken, um den in jedem Zylinder komprimierten Kraftstoff zu zünden. Der Betrieb der Einspritzdüsen 51 und der Zündkerzen 53 wird über eine so genannte Motorsteuereinheit (ECU, engine control unit) gesteuert, die als die Steuereinheit der Verbrennungskraftmaschine 1 dient. Weiterhin liefert eine in einem Kraftstofftank 7 eingesetzte Kraftstoffpumpe 71 Kraftstoff unter Druck an die Einspritzdüsen 51 und wird auch durch die ECU 8 über eine Kraftstoffpumpen-Steuerungseinrichtung 72 gesteuert.
Die ECU 8 weist z.B. einen Microcomputer mit einer Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 81 zum Ausführen von Operationen für verschiedene Steuerungen, einen Speicher 82 mit wahlweisem Zugriff (RAM) zum vorübergehenden Speichern verschiedener, für die Operationen verwendeter Datenwerte und einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 83 auf, der Daten speichert, die für Programme und Operationen nötig sind. Separat von dem Computer verwendet die Verbrennungskraftmaschine 1 eine integrierte Eingabe/Ausgabe-Hybridschaltung (I/O LSI) 84, die verschiedene Parameter und Daten speichert, die zum Steuern der Verbrennungskraftmaschine 1 in dem Microcomputer nötig sind. Sie weist auch einen A/D-Wandler zum Umwandeln eines analogen Signals von z.B. einer Batteriespannung VB in ein digitales Signal auf. Die I/O LSI 84 erzeugt Steuersignale zum Antreiben und Steuern verschiedener Stellglieder gemäß Operationsergebnissen des Microcomputers.
Um Parameter und Daten der Verbrennungskraftmaschine zu erfassen, die zur Steuerung durch die ECU 8 nötig sind, wird das Folgende verwendet: eine Luftstrom-Messvorrichtung zum Erfassen der Luftmenge Q, die in eine Verbrennungskraftmaschine eingegeben wird (z.B. ein Hitzdraht-Luftstromsensor) 101, einen Wassertemperatursensor 102 zum Erfassen der Wassertemperatur TW des Kühlwassers, einen Drosselsensor 103 zum Erfassen der Öffnung Θ eines Drosselventils, einen O₂-Sensor 104 zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration O₂ im Abgas und zum Steuern des Verbrennungsluft-Verhältnisses (A/F) des zugeführten Kraftstoffs, einen Kurbel-Winkelsensor 105 zum Erzeugen der Pulsausgabe "n" für jeden vorbestimmten Rotationswinkel (z.B. 1°) der Kurbelwelle 11, um die Drehzahl oder den Rotationswinkel der Verbrennungskraftmaschine zu erfassen, einen Leerlaufschalter 106 zum Erfassen des Leerlaufzustands SI des Motors aus z.B. dem Durchdrück-Winkel eines Gaspedals oder aus dem Winkel eines Drosselventils, und einen Starterschalter 107 zum Erfassen des Betriebs eines Anlassers für den Motor. Darüber hinaus ist das Getriebe 2 mit einem Neutral-Schalter 108 versehen, um zu erfassen, ob es in einem neutralen Zustand SN ist.
Ein Stromsensor 42 bestimmt den Laststrom IL, der z.B. einer elektrischen Last 41 eines Scheinwerfers geliefert wird, und stellt ein Ausgabesignal an die ECU 8 bereit, und zwar zusätzlich zu den obigen verschiedenen Betriebsparametern und Daten der Verbrennungskraftmaschine. Der Stromsensor 42 kann z.B. ein Hall-Element sein. Schließlich wird auch das Ausgabesignal A eines Lastschalters 92 für eine elektromagnetische Kupplung 91, die einen Kompressor 9 einer Fahrzeugklimaanlage mit der Kurbelwelle 11 in Eingriff bringt und von dieser löst, ebenso an die ECU 8 eingegeben, um den Betrieb der Klimaanlage zu erfassen.
Die Leistungserzeugungs-Steuerungseinrichtung 5 steuert den Feldstrom IF und die Leistungsausgabe des Generators 3, indem die Ausgabespannung VB der Batterie 4 erfasst wird und diese mit einem vorbestimmten Referenzwert verglichen wird. Wie im Stand der Technik führt die ECU 8 vorbestimmte Operationen basierend auf Parametern der Verbrennungskraftmaschine von den obigen Sensoren und Schaltern aus, steuert verschiedene Stellglieder gemäß der Operationsergebnisse, und steuert den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine.
Gemäß der vorliegenden Erfindung steuert die ECU 8 nicht nur den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1, sondern auch den Betrieb des Generators 3. Das heißt, das Steuersignal P, das von der I/O LSI 84 der ECU 8 ausgegeben wird, wird einer Steuerschaltung 50 einer Leistungserzeugungs-Steuerungseinrichtung 5 zugeführt, deren Details in 3 gezeigt sind.
Bezug nehmend auf 3 wird eine TR-Treiberschaltung 504, die auch eine Steuerschaltung eines herkömmlichen Generators sein kann, als eine Hauptsteuerschleife verwendet. Wenn das Steuersignal P von dem Anschluss C empfangen wird, wird ein Signal "a" von einer Spannungsumwandlungsschaltung 503 ausgegeben, um die TR-Treiberschaltung 504 zu steuern, wobei es mit einer Batteriespannung VB verglichen wird, um einen Transistor TR zu steuern. Wie im Stand der Technik wird die Spannung, die durch den Generator erzeugt wird, gesteuert, indem eine Spannung von einem Anschluss S beim Nichtvorhandensein eines Signals von dem Anschluss C erfasst wird. Darüber hinaus treibt eine Alarmschaltung 501 eine Warnlampe 502 über einen Anschluss L.
Der Betrieb der Spannungsumwandlungsschaltung 503 ist unten mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben. 4 zeigt ein Blockdiagramm der Spannungsumwandlungsschaltung 503. In 4 ist Bezugszeichen 503a ein NOT-Gatter, 503b und 503c sind analoge Schalter, die ein C-MOS-Transfergatter aufweisen, 503d und 503f sind Widerstände, 503e und 503g sind Sekundärfilter, die einen Kondensator verwenden. Wenn das Eingabesignal P bei einem hohen Pegel ist, wird der analoge Schalter 503c eingeschaltet, der analoge Schalter 503b wird ausgeschaltet, und ein Signal "b" nimmt einen Bezugsspannungswert (von der Batterie 505) V0 (z.B. 2,4 V) an. Wenn das Eingabesignal P bei einem niedrigen Pegel ist, wird Schalter 503b eingeschaltet, Schalter 503c wird ausgeschaltet, und das Signal "b" wird an Masse gelegt. Wenn das Eingabesignal P zwischen hoch und niedrig wechselt, wechselt somit das Signal "b" zwischen V0 (z.B. 2,4 V) und 0V Wie gezeigt in 5, wenn das Steuersignal P mit einem Zyklus "t" (z.B. 6,4 ms) durch die Spannungsumwandlungsschaltung 503 tritt, wird das Signal "b" erzeugt und durch das Sekundärfilter geleitet, was zu einem Ausgabesignal "a" führt. (In diesem Fall hat das Steuersignal P ein Arbeitssignal mit einer konstanten Frequenz.) Wie gezeigt in 3 wird das Signal "a" an die TR-Treiberschaltung 504 angelegt und steuert somit das Laden der Batterie 4.
6 zeigt die Beziehung zwischen dem Arbeitszyklus des Steuersignals P, das durch die ECU 8 basierend auf dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine und der Zielerzeugungsspannung des Generators berechnet ist. In 6 stellt der Bereich von "a" als eine untere Grenze bis "b" als eine obere Grenze einen effektiven Steuerbereich dar, innerhalb dessen Signale zu der Zielerzeugungsspannung gesteuert werden können. Innerhalb des effektiven Steuerbereichs ist die Zielerzeugungsspannung proportional zu dem Arbeitszyklus des Steuersignals P. Die oberen und die unteren Grenzen des effektiven Bereichs des Steuersignals P sind vorgesehen, um unstabile Operationen wegen eines Mischens von Signalen (Rauschen) zu verhindern.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unten mit Bezug auf das Flussdiagramm in 7 beschrieben werden. Wenn eine Generatorsteueraufgabe im Schritt 701 beginnt, wird die Fahrzeugbatteriespannung VB im Schritt 702 eingegeben, die Kühlwassertemperatur TW der Verbrennungskraftmaschine wird im Schritt 703 eingegeben, und ein Steuerbefehlswert VB1 entsprechend dem Zielerzeu gungsspannungs-Befehlswert P wird in Schritt 704 gemäß dem Betriebszustand auf eine später beschriebene Weise ausgewählt. (Siehe 8.) Die Differenz ΔVB ( = VB – VB1) zwischen dem Steuerbefehlswert VB1 und der Spannung VB der Fahrzeugbatterie wird dann in dem Schritt 705 berechnet.
Im Schritt 706 wird bestimmt, ob sich der Betriebszustand des Fahrzeugs geändert hat. Wenn dem nicht so ist, wird eine Korrektur der Spannungsdifferenz im Schritt 710 ausgelassen. Wenn sich andererseits der Betriebszustand des Fahrzeugs geändert hat, wird eine weitere Bestimmung im Schritt 707 vorgenommen, ob die im Schritt 705 berechnete Spannungsdifferenz ΔVB konvergierte. Wenn nicht, wird die Steuerung im Schritt 713 angehalten. Wenn beurteilt wird, dass die Spannungsdifferenz ΔVB konvergierte, wird in Schritt 708 beurteilt, ob sie innerhalb des zu korrigierenden Bereichs ist (in diesem Ausführungsbeispiel z.B. 0,1 V < ΔVB < 0,8 V). Wenn dem so ist, wird die Spannungsdifferenz ΔVB im Schritt 709 korrigiert. Der Korrekturprozess wird jedoch ausgelassen (Schritt 710), wenn der Wert von ΔVB nicht innerhalb des Korrekturbereichs ist.
Der Korrekturprozess von Schritt 709 wird wie folgt ausgeführt. Zunächst wird ein neuer Wert für die Spannungsdifferenz ΔVB berechnet, und zwar unter Verwendung der Spannungsdifferenz ΔVB (OLD), die bei der vorhergehenden Iteration erhalten wird: ΔVB = ΔVB(OLD) + (α·ΔVB(OLD)), (z.B. α = 1/10).
(Man bemerke, dass die Spannungsdifferenz ΔVB eine positive oder eine negative Größe sein kann, abhängig von der relativen Größe des Steuerbefehlswerts VB1 und der Batteriespannung VB.) Der Steuerbefehlswert VB1 wird dann korrigiert, indem das berechnete ΔVB zu ihm addiert wird.
Nach dem Korrekturschritt 709 (oder nachdem dieser in Schritt 710 übersprungen ist) wird beurteilt, ob die Verbrennungskraftmaschine 1 im Schritt 711 arbeitet. Wenn dem so ist und wenn (Schritt 714) RAM 82 die Initialisierungswerte enthält, die in den Schritten 702–705 eingegeben wurden, kehrt die Verarbeitung zum Schritt 706 zurück. Wenn RAM 82 gelöscht worden ist, wenn z.B. die Batterie gewechselt worden ist, kehrt die Verarbeitung zu Schritt 702 zurück. Wenn im Schritt 711 beur teilt wird, dass die Verbrennungskraftmaschine angehalten ist, wird jedoch die Spannungsdifferenz ΔVB als ΔVB' in dem Speicher 82 mit wahlweisem Zugriff gespeichert (Schritt 712). Die gespeicherte Spannungsdifferenz ΔVB' wird dann gehalten, bis die Verbrennungskraftmaschine erneut gestartet wird, und die Verarbeitung endet beim Schritt 713.
Ein Verfahren zum Auswählen des Steuerbefehlswerts VB1 in Schritt 704 (oben) ist in dem Flussdiagramm von 8 gezeigt. Wenn eine Generatorsteueraufgabe im Schritt 801 anfängt, wird der Betriebszustand des Fahrzeugs gemäß den Daten für Motordrehzahl, Ansaugluftmenge, Drosselöffnung, Verbrennungsluft-Verhältnis und elektrischer Ladebetrieb beurteilt, wobei die Daten im Schritt 802 eingegeben werden. Wenn bestimmt wird, dass das Fahrzeug beschleunigt (Schritt 803) oder dass es in einem stationären Zustand fährt (Schritt 804), wird auch der Steuerbefehlswert VB1 auf 13,0 V eingestellt. Wenn im Schritt 805 beurteilt wird, dass sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet, wird der Steuerbefehlswert VB1 auf 14,4 V eingestellt; wenn schließlich beurteilt wird, dass das Fahrzeug sich in einem anderen Zustand als den oben erwähnten befindet, wird der Steuerbefehlswert VB1 auf 15,2 V eingestellt. (Die obigen Spannungen sind als Beispiele vorgesehen. Sie können natürlich innerhalb des Umfangs der Erfindung variiert werden, um den Betriebsanforderungen des fraglichen Systems zu genügen.) Die Verarbeitung endet beim Schritt 809.
Die im Schritt 709 ausgeführte Korrekturprozedur ist unten mit Bezug auf 9 beschrieben, welche die Spannungsdifferenz (ΔVB1, ΔVB2, etc.) zwischen der Batteriespannung VB (durchgehende Linie) und dem Steuerbefehlswert VB1 (punktierte Linie) zeigt. In dieser Figur wird angenommen, dass sich der Betriebszustand des Fahrzeugs bei Punkten a, b, c und d ändert. Somit ändern sich die Batteriespannung VB und der Steuerbefehlswert VB1 am Punkt "a" in 9, wenn die erste Änderung im Betriebszustand eintritt. Da jedoch der Steuerbefehlswert gemäß der vorhergehenden Spannungsdifferenz ΔVB2 bei Punkt "b" korrigiert wird (wenn angenommen wird, dass die nächste Änderung im Betriebszustand des Fahrzeugs eintritt), kann die folgende Beziehung erreicht werden: ΔVB2 > ΔVB3.
In einem Fall wenn die Verbrennungskraftmaschine angehalten wird, wie gezeigt in 9, ist es möglich, die Spannungsdifferenz zu verringern, indem die Spannungsdifferenz ΔVB3 gespeichert wird und indem sie verwendet wird, um den Steuerbefehlswert zu korrigieren, wenn der Motor erneut gestartet wird. Weiterhin sollte angemerkt werden, dass, wenn das Fahrzeug neu hergestellt ist und zum ersten Mal betrieben wird, oder wenn eine neue Batterie eingebaut wird, der Wert von ΔVB anfänglich groß sein wird und in der gleichen Weise, wie oben angegeben, verwendet wird.
In dem obigen Ausführungsbeispiel wird die Spannungsdifferenz gemäß den Änderungen des Betriebszustands des Fahrzeugs korrigiert. Es ist jedoch auch möglich, sie bei festen Intervallen zu korrigieren (z.B. alle zwei Sekunden), und zwar durch Verwendung der Motorsteuereinheit 8 zum Steuern des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 1. Daher wird eine sanftere Steuerung durch Verkürzen des Korrekturzyklus realisiert.
Ein anderes Ausführungsbeispiel ist unten mit Bezug auf die 10 und 11 beschrieben, in denen angenommen wird, dass die Bezugsspannung V0 (4) eine Temperaturcharakteristik hat, wie gezeigt in 10, welche ihrerseits eine Drift in der Größe des Signals "a" verursacht, das durch die Spannungsumwandlungsschaltung 503 (4 und 5) ausgegeben wird, und den Betrieb des Transistors TR in 3 verändert, der den Fluss des Feldstroms zum Generator 3 steuert. Es ist jedoch möglich, den Zielerzeugungs-Spannungsbefehlswert zur Kompensation dieses Effekts zu korrigieren, indem die Temperaturbedingungen oder ähnliches in der Verbrennungskraftmaschine beurteilt werden, da die Spannung proportional zur Temperatur T ist. Das heißt, wenn die Temperatur auf T1 in 10 ansteigt, nimmt die Bezugsspannung, die in der Spannungsumwandlungsschaltung 503 (4) verwendet wird, von V0 auf V1 ab, und die Größe der Zielerzeugungsspannung nimmt um einen Betrag entsprechend zu ΔVT1 ab. Auf der anderen Seite, wenn die Temperatur auf T2 fällt, steigt die Bezugsspannung von V0 auf V2, und die Zielerzeugungsspannung steigt um einen Betrag entsprechend zu ΔVT2.
Wie oben beschrieben, wenn eine Temperaturcharakteristik in der Bezugsspannung auftritt, ist es möglich, den Fluktuationswert der Zielerzeugungsspannung zu berechnen, da die Temperaturcharakteristik in eine Spannung durch den Arbeitszyklus des Steuersignals P, wie gezeigt in 5, umgewandelt wird. Daher kann eine Korrektur durch Berechnen der Größe der Änderung in der Bezugsspannung aufgrund der Temperaturänderung der Zielerzeugungsspannung und durch Einstellen des Befehlswerts der Zielerzeugungsspannung durchgeführt werden. Es ist ebenso möglich, die Temperatur der Fahrzeugbatterielösung und jene der Ansaugluft als das Mittel zum Beurteilen des Temperaturzustands zu verwenden.
12 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Steuersystems zeigt, das die oben beschriebene Temperaturcharakteristik korrigiert. Wenn eine Steueraufgabe im Schritt 1201 begonnen wird, wird die Spannung VB der Fahrzeugbatterie im Schritt 1202 empfangen, die Kühlwassertemperatur TW in der Verbrennungskraftmaschine 1 wird im Schritt 1203 empfangen, und der Betriebszustand des Fahrzeugs wird in Schritt 1204 gemäß der Daten für die Motordrehzahl, die Ansaugluftmenge, die Drosselöffnung, das Verbrennungsluft-Verhältnis und einen Ladebetrieb beurteilt. Ein Spannungsbefehlswert VB1 entsprechend dem Betriebszustand wird in der ECU 8 erzeugt (Schritt 1205). In diesem Fall wird der Betriebszustand als ein Beschleunigungszustand, Verzögerungszustand oder Leerlaufzustand beurteilt, und zwar gemäß z.B. der Daten für die Drosselöffnung und die Motordrehzahl. (Siehe 8.) Nachdem der Steuerbefehlswert VB1 gewählt ist, wird der Temperaturzustand der Bezugsspannungsquelle von der Kühlwassertemperatur TW im Schritt 1206 bestimmt und verwendet, um den Zielerzeugungs-Spannungsbefehlswert einzustellen. Eine Umwandlungskonstante β wird zuerst verwendet, um TW in eine Temperatur entsprechend der Referenzspannung umzuwandeln, von der ein Spannungsdriftwert ΔVT unter Verwendung der Kurve der Temperaturcharakteristik von 10 bestimmt werden kann. Die Korrektur des Steuerbefehlswerts VB1 wird dann durch Addieren von ΔVT ausgeführt.
Als nächstes wird bestimmt, ob der Motor in Schritt 1207 angehalten ist. Wenn nicht, wird Schritt 1202 wiederholt. Wenn jedoch der Motor angehalten ist, endet die Verarbeitung in Schritt 1208. Auch dieses Ausführungsbeispiel realisiert eine stabile und sanfte Steuerung, indem der Temperaturzustand beurteilt und korrigiert wird, wenn die Bezugsspannung eine Temperaturcharakteristik hat.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unten mit Bezug auf 13 beschrieben werden. Es wird in diesem Ausführungsbeispiel angenommen, dass die Erzeugungsspannung eines Fahrzeug-Wechselstromgenerators eine Spannungs-Laststrom-Charakteristik, wie gezeigt in 13, hat. Somit ist, wenn die Drehzahl des Generators N1 beträgt und der Laststrom IL A1 ist, die Erzeugungsspannung gleich V1. Wenn die elektrische Last des Fahrzeugs auf A2 ansteigt, nimmt die Erzeugungsspannung auf V2 ab, was eine Spannungsdifferenz ΔV1 relativ zum vorherigen Zustand verursacht. In ähnlicher Weise, wenn der Laststrom IL A1 beträgt und die Drehzahl des Generators sich von N1 auf N2 und dann N3 ändert, ändert sich die Erzeugungsspannung von V1 auf V3 und dann V4, was eine Spannungsdifferenz ΔV2 und ΔV3 relativ zum vorherigen Zustand verursacht.
In diesem Fall kann der Zielerzeugungs-Spannungsbefehlswert VB1 korrigiert werden, indem die Größe der Variationen in der Erzeugungsspannung basierend auf dem Laststrom IL und der Drehzahl unter Verwendung der Motorsteuerungseinheit 8 berechnet wird. Der Maximalwert für den Laststrom ändert sich auf A3, A4, A5, wenn sich die Drehzahl des Fahrzeug-Wechselstromgenerators auf N1, N2, N3 ändert. Wenn der Laststrom IL den Maximalwert überschreitet, nimmt die Erzeugungsspannung des Fahrzeug-Wechselstromgenerators weiter ab. Daher ist es nötig, die Daten über den Maximalwert des Laststroms IL entsprechend der Drehzahl des Fahrzeug-Wechselstromgenerators zu erhalten.
Ein Ausführungsbeispiel eines Steuersystems, bei dem eine Korrektur unter Verwendung der Spannungs-Laststrom-Charakteristik von 13 ausgeführt wird, ist in dem Flussdiagramm in 14 für eine Drehzahl von N1 veranschaulicht. Wenn eine Steueraufgabe im Schritt 1401 angenommen wird, wird die Spannung VB der Fahrzeugbatterie im Schritt 1402 gelesen, und der Betriebszustand des Fahrzeugs wird im Schritt 1403 basierend auf Daten für die Motordrehzahl, die Ansaugluftmenge, die Drosselöffnung, das Verbrennungsluft-Verhältnis und einen Ladebetrieb beurteilt. Der Spannungsbefehlswert VB1 entsprechend dem Betriebszustand wird dann in der ECU 8 erzeugt (Schritt 1404). In diesem Fall wird der Betriebszustand als beschleunigend, verzögernd oder Leerlauf entsprechend z.B. der Daten der Drosselöffnung und der Motordrehzahl beurteilt. (Siehe 8.) Nachdem der Steuerbefehlswert VB1 ausgewählt ist, wird der Ladestrom IL aus den obigen Daten für den elektrischen Lastbetrieb berechnet und mit dem Maximalwert A3 für den Laststrom IL im Schritt 1405 verglichen. Wenn der Laststrom größer als der Maximalwert A3 ist, wird die Ausgabe des Steuerbefehlswerts VB1 im Schritt 1409 angehalten.
Wenn auf der anderen Seite der Laststrom IL kleiner als der Maximalwert A3 im Schritt 1405 ist, wird der Steuerbefehlswert VB1 korrigiert, indem die Spannungsdifferenz ΔV1 entsprechend der Änderung im Laststrom IL im Schritt 1406 diesem hinzuaddiert wird.
Wenn die Spannungsdifferenz ΔVB' zwischen der Fahrzeugbatteriespannung VB und der Spannung VB', die in dem Speicher 82 gespeichert ist (ΔVB' = VB – VB'), größer ist als ein gegebener, zulässiger Wert (z.B. 0,5 V), wird als nächstes die Ausgabe des Steuerbefehlswerts VB1 im Schritt 1409 angehalten bzw. gestoppt (da eine unnormale Bedingung vorliegt). Wenn die Spannungsdifferenz ΔVB' kleiner als der zulässige Wert ist, wird die Fahrzeugbatteriespannung VB im Speicher 82 als VB' im Schritt 1408 gespeichert. Dann wird bestimmt, ob die Verbrennungskraftmaschine 1 angehalten ist. Wenn dem nicht so ist, kehrt die Verarbeitung zum Schritt 1402 zurück. Wenn der Motor angehalten ist, endet die Verarbeitung beim Schritt 1411.
Obwohl bei der obigen Beschreibung von einer Generatordrehzahl von N1 ausgegangen wird, kann die gleiche Steuerung im Falle des Anderns der Drehzahl ausgeführt werden, da der Fahrzustand des Fahrzeugs unter Verwendung der Motordrehzahl im Schritt 1403 beurteilt wird.
Dieses Ausführungsbeispiel realisiert eine stabile und sanfte Steuerung, indem der Lastzustand entsprechend der Charakteristik des Fahrzeug-Wechselstromgenerators beurteilt und korrigiert wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Steuerung unter Verwendung der Spannungsdifferenz in der Fahrzeugbatteriespannung VB ausgeführt, die sich mit dem Laststrom IL und der Drehzahl des Fahrzeug-Wechselstromgenerators ändert. Es ist jedoch auch möglich, eine solche Steuerung unter Verwendung des Spannungsverhältnisses in der Batteriespannung VB auszuführen, das sich mit dem Laststrom IL und der Drehzahl des Fahrzeug-Wechselstromgenerators ändert.
Das Fahrzeug-Wechselstromgenerator-Steuersystem gemäß der Erfindung ermöglicht es, einen Effekt auf das Leistungsverhalten und den Kraftstoffwirkungsgrad einer Verbrennungskraftmaschine kontinuierlich und stabil zu erhalten, indem ein Erzeugungsspannungs-Befehlswert gemäß einem Betriebszustand mit einem Steuer system zum Steuern der Spannung, die durch einen Fahrzeuggenerator erzeugt ist, korrigiert wird.

Claims

Vorrichtung zum Steuern eines elektrischen Fahrzeuggenerators (3) zum Laden einer Fahrzeugbatterie (4), wobei die Vorrichtung aufweist: a) eine Einrichtung (42, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108) zum Erfassen von Betriebsparametern (VB, Q, T, e, O₂, n, S₁, S₅, S_n) eines Zustands der Fahrzeugbatterie (4), eines Fahrzeugbetriebszustandes und einer elektrischen Last (41), die von der Fahrzeugbatterie (4) versorgt wird; b) eine Einrichtung (8) zum Einstellen einer Vielzahl von Steuerbefehlsspannungswerten (VB1) in Abhängigkeit vom Fahrzeugbetriebszustand, wobei jeder Steuerbefehlsspannungswert (VB1) einem Befehlsspannungswert (P bzw. a) entspricht, der eine vorbestimmte Beziehung zu dem Steuerbefehlsspannungswert (VB1) hat; c) einen Mikrocomputer (81, 82, 83) zum Ausgeben des Befehlsspannungswertes (P bzw. a) in Abhängigkeit von den Betriebsparametern; d) eine Einrichtung (50) zum Schalten einer Ausgabespannung des Generators (3) in Abhängigkeit von dem Befehlsspannungswert (P bzw. a); e) eine Einrichtung (504) zum Vergleichen des Befehlsspannungswertes (P bzw. a) mit der Ausgabespannung (VB) der Fahrzeugbatterie (4) und zum Erzeugen eines entsprechenden Differenzsignals (ΔVB); und f) eine Einrichtung zum Korrigieren der Beziehung zwischen dem Steuerbefehlsspannungswert (VB1) und dem Befehlsspannungswert (P bzw. a) in Abhängigkeit von dem Differenzsignal (ΔVB).
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (504) zum Vergleichen eine Einrichtung zum Subtrahieren des Befehlsspannungswerts (P bzw. a) von der Ausgabespannung (VB) der Batterie (4) aufweist, um das Differenzsignal (ΔVB) zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (504) zum Vergleichen eine Einrichtung zum Berechnen eines Verhältnisses des Befehlsspannungswerts (P bzw. a) und der Ausgabespannung (VB) der Batterie (4) aufweist, um das Differenzsignal (ΔVB) zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einrichtung zum Korrigieren eine Einrichtung zum Addieren des Differenzsignals (ΔVB) zur Befehlsspannung (P bzw. a) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Korrigieren eine Einrichtung zum Multiplizieren des Befehlsspannungswerts (P bzw. a) mit dem Differenzsignal (ΔVB) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Microcomputer (81, 82, 83) aufweist: eine Einrichtung, die auf die Betriebsparameter zur Erfassung eines Beschleunigungszustands oder eines gleichmäßigen Fahrzustands des Fahrzeugs antwortet, und zum Erzeugen eines ersten Befehlsspannungswerts (P bzw. a) in Antwort darauf; eine Einrichtung, die auf die Betriebsparameter zur Erfassung eines Leerlaufzustands des Fahrzeugs antwortet, und zum Erzeugen eines zweiten Befehlsspannungswerts (P bzw. a) in Antwort darauf; und eine Einrichtung zum Erzeugen eines dritten Befehlsspannungswerts (P bzw. a) beim Nichtvorhandensein der Erfassung des Beschleunigungszustands, des gleichmäßigen Fahrzustands und des Leerlaufzustands des Fahrzeugs.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der dritte Befehlsspannungswert (P bzw. a) größer als der zweite Befehlsspannungswert (P bzw. a) ist, welcher größer als der erste Befehlsspannungswert (P bzw. a) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin aufweist: eine Einrichtung (42, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108) zum Erfassen einer Änderung des Betriebszustands des Fahrzeugs; und eine Einrichtung zum Freigeben der Einrichtung zum Korrigieren, und zwar nur wenn sich ein Betriebszustand des Fahrzeugs geändert hat.
Vorrichtung nach Anspruch 8, die weiterhin aufweist: eine Einrichtung zum Bestimmen, ob das Differenzsignal innerhalb eines gültigen Korrekturbereichs fällt; und eine Einrichtung zum Freigeben der Einrichtung zum Korrigieren, und zwar nur wenn das Differenzsignal innerhalb des gültigen Korrekturbereichs ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 8, die weiterhin aufweist: eine Einrichtung zum Bestimmen, ob das Differenzsignal konvergiert; und eine Einrichtung zum Unterbrechen der Ausgabe des Befehlsspannungswerts (P bzw. a), wenn das Differenzsignal nicht konvergiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 10, die weiterhin aufweist: eine Einrichtung (42, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108) zum Erfassen, wenn ein Motor des Fahrzeugs aufhört zu laufen; und eine Einrichtung zum Speichern des Differenzsignals (ΔVB) in Antwort auf die Erfassung des Anhaltens des Motors, zum Korrigieren des Befehlsspannungswerts P bzw. a), wenn der Motor erneut gestartet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (504) zum Vergleichen weiterhin aufweist: eine Einrichtung zum Einstellen des Differenzsignals (ΔVB) gemäß der Formel: ΔVB = ΔVB(OLD) + (α·ΔVB(OLD), wobei α eine Konstante mit einem Wert von kleiner als 1,0 ist, ΔVB das Differenzsignal ist, und ΔVB(OLD) das Differenzsignal ist, das in einer vorherigen Iteration der Formel erzeugt ist.
Verfahren zum Steuern eines elektrischen Fahrzeuggenerators (3) zum Laden einer Fahrzeugbatterie (4) mit folgenden Schritten: (a) Erfassen von Betriebsparametern (VB, Q, T, e, O₂, n, S₁, S₅, S_n) eines Zustands der Fahrzeugbatterie (4), eines Fahrzeugbetriebszustandes und einer elektrischen Last (41), die von der Fahrzeugbatterie (4) versorgt wird; (b) Einstellen einer Vielzahl von Steuerbefehlsspannungswerten (VB1) in Abhängigkeit vom Fahrzeugbetriebszustand, wobei jeder Steuerbefehlsspannungswert (VB1) einem Befehlsspannungswert (P bzw. a) entspricht, der eine vorbestimmte Beziehung zu dem Steuerbefehlsspannungswert (VB1) hat; (c) Ausgeben des Befehlsspannungswertes (P bzw. a) in Abhängigkeit von den Betriebsparametern; (d) Schalten einer Ausgabespannung des Generators (3) in Abhängigkeit von dem Befehlsspannungswert (P bzw. a); (e) Vergleichen des Befehlsspannungswertes (P bzw. a) mit der Ausgabespannung (VB) der Fahrzeugbatterie (4) und Erzeugen eines entsprechenden Differenzsignals (ΔVB); und (f) Korrigieren der Beziehung zwischen dem Steuerbefehlsspannungswert (VB1) und dem Befehlsspannungswert (P bzw. a) in Abhängigkeit von dem Differenzsignal (ΔVB).
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei der Schritt des Vergleichens aufweist: Subtrahieren des Befehlsspannungswerts (P bzw. a) von der Ausgabespannung (VB) der Batterie, um das Differenzsignal (ΔVB) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Vergleichens aufweist: Berechnen eines Verhältnisses des Befehlsspannungswerts (P bzw. a) und der Ausgabespannung der Batterie, um das Differenzsignal (ΔVB) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Korrigierens aufweist: Addieren des Differenzsignals (ΔVB) zu der Befehlsspannung.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Korrigierens aufweist: Multiplizieren des Befehlssignals mit dem Differenzsignal (ΔVB).
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin aufweisend: Erfassen einer Änderung des Betriebszustands des Fahrzeugs; und Freigeben der Einrichtung zum Korrigieren, und zwar nur wenn ein Betriebszustand des Fahrzeugs sich geändert hat.
Verfahren nach Anspruch 18, weiterhin folgende Schritte aufweisend: Bestimmen, ob das Differenzsignal (ΔVB) innerhalb eines gültigen Korrekturbereichs fällt; und Freigeben der Einrichtung zum Korrigieren, und zwar nur wenn das Differenzsignal (ΔVB) innerhalb des gültigen Korrekturbereichs fällt.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 18, weiterhin die Schritte aufweisend: Bestimmen, ob das Differenzsignal (ΔVB) konvergiert; und Unterbrechen der Ausgabe des Befehlsspannungswerts, wenn das Differenzsignal (ΔVB) nicht konvergiert.
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin die Schritte aufweisend: Erfassen, wenn ein Motor des Fahrzeugs aufhört zu laufen; und Speichern des Differenzsignals (ΔVB) in Antwort auf die Erfassung des Anhaltens des Motors, zum Korrigieren des Befehlsspannungswerts P bzw. a), wenn der Motor erneut gestartet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Vergleichens weiterhin aufweist: Einstellen des Differenzsignals (ΔVB) gemäß der Formel: ΔVB = ΔVB(OLD) + (α·ΔVB(OLD)),wobei α eine Konstante mit einem Wert von kleiner als 1,0 ist, ΔVB das Differenzsignal ist, und ΔVB(OLD) das Differenzsignal ist, das in einer vorherigen Iteration der Formel erzeugt ist.