DE69008365T2

DE69008365T2 - Regelvorrichtung für einen Fahrzeugwechselstromgenerator.

Info

Publication number: DE69008365T2
Application number: DE69008365T
Authority: DE
Inventors: Kenji Mitsubishi Denki Ka Itoh
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-01-09
Filing date: 1990-01-02
Publication date: 1994-08-18
Anticipated expiration: 2010-01-03
Also published as: JPH02184300A; EP0378075B1; US5140253A; DE69008365D1; HK1003023A1; EP0378075A1

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Regelung für einen Fahrzeuggenerator bzw. eine Fahrzeuglichtmaschine, und sie betrifft spezieller eine lastabhängige Regelungsvorrichtung für eine Wechselstrom(AC)-Lichtmaschine, die in einem Kraftfahrzeug mit Batterie anzubringen ist.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Bei einer bekannten Regelungsvorrichtung für eine Kraftfahrzeug-Wechselstromlichtmaschine (EP-A-0 289 608) wird die Ausgangsspannung der Lichtmaschine oder die Spannung an der Fahrzeugbatterie unter Verwendung eines aus Widerständen und dergleichen aufgebauten Spannungsteilers geteilt und die -eteilte Spannung wird mit der Ausgangs Spannung eines Bezugsspannungsgenerators verglichen, der aus einer Zenerdiode und dergleichen besteht, um ein Regelungssignal zu erzeugen. Die Ausgangsspannung der Lichtmaschine wird dann zum Beibehalten eines erforderlichen Wertes dadurch geregelt, daß ein in Reihe mit einer Feldwicklung der Lichtmaschine geschaltetes Schaltelement geschaltet wird, um auf Grundlage des erfaßten Regelungssignals den Feldstrom einzustellen. D.h., daß dann, wenn die Ausgangsspannung der Lichtmaschine höher als die Sollspannung ist, das Schaltelement ausgeschaltet wird, um den Feldstrom zu verringern, während dann, wenn sie niedriger als die Sollspannung ist, das Schaltelement eingeschaltet wird, um den Feldstrom zu erhöhen, wodurch die Ausgangsspannung der Lichtmaschine auf der Sollspannung gehalten wird. Bei einer Regelungsvorrichtung vom vorstehend beschriebenen Typ kann es zu dauernden Änderungen des Feldstroms kommen, denen, mit der Zeitkonstanten der Feldwicklung (ungefähr 100 ms), zu folgen ist, wobei die Schwankungen des erforderlichen Feldstroms für die Lichtmaschine durch Änderungen der elektrischen Last oder dergleichen hervorgerufen werden, und durch das genannte ausgezeichnete Ansprechverhalten wird eine stabile Regelung der Batteriespannung erzielt.
Jedoch kann sich beim bekannten System wegen des ausgezeichneten Ansprechverhaltens der Ausgangsstrom der Lichtmaschine in einer Schwankungszeitspanne der elektrischen Last plötzlich ändern und kann eine plötzliche Änderung des Antriebsmoments (Leistung) hervorrufen. Dies wiederum führt zur Schwierigkeit, daß eine Änderung der Motordrehzahl hervorgerufen wird, insbesondere im Leerlaufbereich des Motors, wobei sich die Antriebsleistung des Motors stark verringert. Daher kann eine entgegenstehende Zunahme des Antriebsmoments der Lichtmaschine in einem solchen Zustand zu schwerwiegenden Problemen führen.
Eine Regelungsvorrichtung für eine Kraftfahrzeug-Wechselstromlichtmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist aus EP-A-0 106 539 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung wird die Ausgangsspannung der Lichtmaschine gemessen und eine plötzliche Abnahme vorgegebener Größe wird dazu verwendet, eine Zeitspanne auszuwählen, über die der Feldstrom allmählich erhöht wird. Die Zeitspannen werden durch Entladungskondensatoren festgelegt.
EP-A-0 201 243 offenbart ein anderes Steuerungssystem für eine motorbetriebene Wechselstromlichtmaschine, bei dem der Feldstrom ein- und ausgeschaltet wird, um die Ausgangsspannung auf einem vorgegebenen Wert zu halten. Um plötzliche übermäßige Belastungen des Motors zu vermeiden, vergleicht eine Steuerung das EIN-Intervall des Feldstroms zu diesem Zeitpunkt mit dem vorangehenden Wert, und sie unterbricht den Feldstrom zusätzlich, wenn der Vergleichswert einen vorgegebenen Wert übersteigt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kraftfahrzeug-Wechselstromlichtmaschine auf solche Weise zu regeln, daß Schwankungen der Motordrehzahl aufgrund plötzlicher Änderungen der Belastung gleichmäßiger beseitigt werden.
Diese Aufgabe wird durch die durch Anspruch 1 definierte Vorrichtung gelöst.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild einer Regelungsvorrichtung, das ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 2 ist ein Zeitsteuerdiagramin, das Signalverläufe an verschiedenen Teilen des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt; und
Fig. 3 ist ein Zeitsteuerdiagramm, das Charakteristikkurven zeigt, und das den unterschied zwischen der Charakteristik einer erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung und derjenigen einer bekannten veranschaulicht.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Es wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung detaillierter beschrieben. Wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 erkennbar, ist dort ein schematisches Schaltbild einer Regelungsvorrichtung dargestellt, die erfindungsgemäß aufgebaut ist. Dabei weist eine Wechselstromlichtmaschine 1 Ankerwicklungen 101, eine Feldwicklung 102, einen Hauptgleichrichter 103 zum Ausführen einer Dreiphasen-Vollweggleichrichtung des von den Ankerwicklungen 101 erzeugten dreiphasigen Ausgangssignals sowie einen Hilfsgleichrichter 104 auf, der hauptsächlich zum Liefern des Feldstroms dient. Mit der Ziffer 2 ist eine Feldstrom-Begrenzungseinheit bezeichnet, die folgendes umfaßt: einen aus Widerständen 201, 202 bestehenden Spannungsteiler zum Teilen der Ausgangsspannung des Hilfsgleichrichters 104; eine Bezugsspannung-Erzeugungseinrichtung 203 und einen ersten Komparator 204 zum Erfassen des Ausgangssignals der Lichtmaschine 1, eine erste Flipflop-Schaltung 205 zum Einspeichern des Ausgangssignals des ersten Komparators 204, und die mit einem Eingangsanschluß eines NOR-Gatters 212 und demjenigen eines Aufwärts/Abwärts-Zählwertschalteingang-Anschluß eines Aufwärts/Abwärts-Zählers 208 verbunden ist; einen Feldstrom-Meßwiderstand 206 zum Erzeugen einer zum Feldstrom proportionalen Spannung und einen nichtinvertierenden Verstärker 207 zum Verstärken des niedrigen Spannungsniveaus am Feldstrom-Meßwiderstand 206 auf ein vorgegebenes Spannungsniveau zum Messen des Feldstroms. Der Aufwärts/Abwärts- Zählvorgang des Aufwärts/Abwärts-Zählers 208 wird durch das Ausgangssignal der ersten Flipflop-Schaltung 205 festgelegt, und er liefert einen Zählwert als bestimmte Anzahl von Bits. Ferner ist in der Feldstrom-Begrenzungseinheit 2 folgendes vorhanden: ein D/A-Wandler 209 zum Liefern eines Ausgangssignals, das proportional zum Zählwert des Aufwärts/Abwärts- Zählers 208 ist, ein zweiter Komparator 210 zum Vergleichen des Ausgangssignals des D/A-Wandlers 209 mit dem Ausgangssignal des nichtinvertierenden Verstärkers 207 sowie eine zweite Flipflop-Schaltung 211 zum Einspeichern des Ausgangssignals des zweiten Komparators 210. Das NOR-Gatter 212 führt einen Inklusiv-ODER-Vorgang oder die Bildung der logischen Summe der Ausgangssignale der ersten Flipflop-Schaltung 205 und der zweiten Flipflop-Schaltung 211 aus, und sie steuert den Leitzustand eines Leistungstransistors 213, der den Feldstrom unterbricht. Die Ziffer 214 bezeichnet einen Zeitsteuerimpulsgenerator, der monostabile Impulse mit vorgegebener Zeitspanne erzeugt, um für zeitgesteuerten Betrieb der ersten Flipflop-Schaltung 205, der zweiten Flipflop- Schaltung 211 und des Aufwärts/Abwärts-Zählers 208 zu sorgen. Die Ziffer 215 bezeichnet eine Unterdrückungsdiode zum Auffangen eines Spannungsstoßes, wie er erzeugt wird, wenn der Leistungstransistor ausgeschaltet wird. Die Ziffer 3 bezeichnet eine aus einem Widerstand 301 und einer Zenerdiode 302 bestehende Spannungsregelschaltung zum Zuführen elektrischer Energie zur Feldstrom-Einstellschaltung 2. Die Ziffer 4 bezeichnet eine Batterie und die Ziffer 5 bezeichnet eine elektrische Last. Die Ziffer 6 ist ein Tastenschalter und die Ziffer 7 ist eine Ladewarnlampe.
Fig. 2 ist ein Zeitsteuerdiagramm, das die Signalverläufe an verschiedenen Teilen des Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt, um dessen Betriebsweise zu erläutern. In Fig. 2 bezeichnet der Buchstabe A den Ausgangssignalverlauf von monostabilen Impulsen, wie sie vom Zeitsteuerimpulsgenerator 214 erzeugt werden, und der Buchstabe B bezeichnet die Eingangssignalverläufe für den zweiten Komparator 210 für den Vergleich des Feldstroms, wobei (a) den Ausgangssignalverlauf des nichtinvertierenden Verstärkers 207 zeigt, der proportional zum Feldstrom ist, während (b) den Ausgangssignalverlauf des D/A-Wandlers 209 zeigt. Der Buchstabe C bezeichnet den Ausgangssignalverlauf der zweiten Flipflop-Schaltung 211 und der Buchstabe D bezeichnet die Eingangssignalverläufe für den ersten Komparator 204 zum Erfassen der Ausgangsspannung der Lichtmaschine 1, wobei (c) die Spannung am Verbindungspunkt der Teilerwiderstände 201, 202 zeigt, die die Ausgangsspannung der Lichtmaschine 1 teilen, während (d) den Signalverlauf der von der Bezugsspannung-Erzeugungseinrichtung 203 erzeugten Bezugsspannung zeigt. Der Buchstabe E bezeichnet den Ausgangssignalverlauf der ersten Flipflop- Schaltung 205 und der Buchstabe F bezeichnet den Ausgangssignalverlauf des Leistungstransistors 213. Ferner bezeichnet in Fig. 2 die Zeitspanne T1 eine Stationärspannung-Regelperiode, in der der Feldstrom stabil ist, die Zeitspanne T2 bezeichnet eine Übergangsperiode, in der der Feldstrom ansteigt, die Zeitspanne T3 bezeichnet eine Stationärspannung-Regelperiode nach dem Anstieg des Feldstroms, und der Punkt "a" bezeichnet den Startpunkt für den Anstieg des erforderlichen Feldstroms.
Fig. 3 veranschaulicht Charakteristiken des Ausführungsbeispiels der Erfindung für den Fall, daß eine elektrische Last angelegt wird, wobei der Buchstabe G den Signalverlauf des Ausgangsstroms der Lichtmaschine 1 bezeichnet, der Buchstabe H den Signalverlauf des Feldstroms bezeichnet, der Buchstabe I das Antriebsmoment der Lichtmaschine 1 bezeichnet und der Buchstabe J die Änderung der Drehzahl der Lichtmaschine bezeichnet. Ferner zeigt die durchgezogene Linie in Fig. 3 die Charakteristiken des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, die gestrichelte Linie zeigt die Charakteristiken des bekannten Systems, und der Punkt "b" bezeichnet den Zeitpunkt, zu dem die elektrische Last angelegt wird.
Der Betrieb des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird nun detaillierter beschrieben. Wenn der Motor gestartet wird und sich die Lichtmaschine 1 in spannungserzeugendem Zustand befindet, werden die Ausgangsspannung der Lichtmaschine 1 und der Feldstrom innerhalb einer Periode des Ausgangssignals des monostabilen Impulses (in Fig. 2A dargestellt) des Zeitsteuerimpulsgenerators 214 gemessen. Als erstes werden die erste und zweite Flipflop-Schaltung 205, 211 durch den ersten monostabilen Impuls auf den Pegel "L" gesetzt, und dadurch wird der Leistungstransistor 213 über das NOR-Gatter 212 in den leitenden Zustand versetzt. Das Ausgangssignal der Lichtmaschine 1 wird kontinuierlich durch die Spannungserfassungseinrichtung erfaßt, die aus den Teilerwiderständen 201, 202, dem Bezugsspannungsgenerator 203 und dem ersten Komparator 204 besteht. Als zweites wird die Feldstrommessung mit dem Feldstrom-Meßwiderstand 206 ab dem Leitendwerden des Leistungstransistors 213 begonnen. Der gemessene Feldstrom wird nach Verstärkung durch den nichtinvertierenden Verstärker 207 im zweiten Komparator 210 mit dem Ausgangssignal des D/A-Wandlers 209 verglichen, der den Grenzwert für den Feldstrom festlegt, um daraus ein Vergleichsausgangssignal zu gewinnen. Wenn im vorstehend beschriebenen Zustand die Spannung am Verbindungspunkt der Teilerwiderstände 201, 202, die eine geteilte Ausgangsspannung der Lichtmaschine 1 ist, die von der Bezugsspannung-Erzeugungseinrichtung 203 vorgegebene Spannung übersteigt, wird das Ausgangssignal des ersten Komparators 204 invertiert und dann wird die erste Flipflop-Schaltung 205 vom Pegel "L" auf den Pegel "H" umgeschaltet, während die zweite Flipflop-Schaltung 211 vom Pegel "L" auf den Pegel "H" umgeschaltet wird, wenn das Ausgangssignal des nichtinvertierenden Verstärkers 207, das proportional zum Feldstrom ist, das Ausgangssignal des D/A-Wandlers 209 übersteigt. Das NOR-Gatter 212 erfaßt die Pegeländerung vom Pegel "L" auf den Pegel "H", wie sie entweder an der ersten oder der zweiten Flipflop-Schaltung 205, 211 entsteht, und sie schaltet den leitenden Zustand des Leistungstransistors 213 ab. Der Leistungstransistor 213 wird bis zur Ankunft des nächsten Zeitsteuerimpulses ausgeschaltet gehalten. Da das Ausgangssignal der ersten Flipflop-Schaltung 205 dem Aufwärts/Abwärts-Zähler 208 dauernd zugeführt wird, wird, wenn sich der Ausgangspegel innerhalb einer Periode der Zeitsteuerimpulse vom Pegel "L" auf den Pegel "H" ändert, ein Abwärtszählvorgang ab dem nächsten Zeitsteuerimpuls ausgeführt, und dann wird vom Ausgangssignal des D/A-Wandlers 209 ein bestimmter Wert abgezogen. Wenn andererseits der Ausgangspegel auf dem Pegel "L", bleibt, wird ein Aufwärtszählvorgang ausgeführt, und dann wird ein bestimmter Wert zum Ausgangssignal des D/A- Wandlers 209 hinzugezählt.
Wie es vorstehend beschrieben wurde, wird beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung durch Bereitstellen einer Rückkopplungsschleife zum fortlaufenden Verändern des Grenzwertes des Feldstroms abhängig vom Zustand der Ausgangsspannung innerhalb einer Periode der Zeitsteuerimpulse, der Stationärspannung-Einstellvorgang, bei dem der erforderliche Feldstrom für die Lichtmaschine 1 konstant ist, durch das Erfassen der Ausgangsspannung (über die erste Flipflopschaltung 205) und durch das Erfassen des Feldstroms (über die zweite Flipflop-Schaltung 211) ein wechselseitiger Ausschaltvorgang des Leistungstransistors 213. Ferner wird, da der Änderungswert beim Zählvorgang des Aufwärts/Abwärts- Zählers 208 so ausgewählt ist, daß das Ausgangssignal des D/A-Wandlers 209 schrittweise erhöht oder erniedrigt wird, eine stabile Ausgangsspannung erzeugt, wobei der Grenzwert für den Feldstrom im wesentlichen an den erforderlichen Feldstrom angepaßt ist.
Wenn der erforderliche Feldstrom gegenüber demjenigen beim vorstehend genannten Stationärspannung-Einstellvorgang (Fig. 2, Punkt "a") erhöht wird, fällt das Ausgangssignal der Lichtmaschine 1 sofort ab und dann bleibt das Ausgangssignal der ersten Flipflop-Schaltung 205 auf dem niedrigen Pegel "L". Daher wird der Aufwärts/Abwärts-Zähler 208 in den Aufwärtszählzustand versetzt, in dem das Ausgangssignal des D/A-Wandlers 209 erhöht wird oder der Feldstrom-Grenzwert erhöht wird. Die Anstiegszeit des Feldstroms, die von der Zunahme der Ausgangsspannung des D/A-Wandlers 209 herrührt, wird so gewählt, daß sie länger als die Zeitkonstante der Feldwicklung 102 ist, so daß der Feldstrom-Grenzwert zum Zeitpunkt, zu dem der erforderliche Feldstrom mit dem Wert des bisherigen Feldstroms im Gleichgewicht steht (Fig. 2, Zeitspanne T1), langsam in der Zeitspanne T2, die die Zeitspanne zum Erhöhen des Feldstroms ist, gesteuert durch den fortlaufenden Feldstrom-Begrenzungsvorgang erhöht wird. Demgemäß wird beim Erreichen der erforderlichen Größe des Feldstroms und der Sollspannung betreffend das Ausgangssignal der Lichtmaschine 1 erneut für Stationärspannung-Einstellbetrieb gesorgt, der ähnlich zu demjenigen in der Zeitspanne T1 ist, und die Ausgangsspannung wird konstant gehalten (Fig. 2, Zeitspanne T3).
Durch die durchgezogene Linie in Fig. 3 ist dargestellt, daß die Zunahme des Feldstroms beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung (Fig. 3 H) viel langsamer als beim bekannten System (durch die gestrichelte Linie in Fig. 3 H dargestellt) erfolgt. Da der Feldstrom, der Ausgangsstrom und das Antriebsmoment der Lichtmaschine 1 bei konstanter Drehzahl proportional zueinander sind, weisen der Ausgangsstrom und das Antriebsmoment der Lichtmaschine 1 ähnliche Chrakteristiken wie der Feldstrom auf, wie jeweils durch durchgezogene Linien in den Fig. 3 G bzw. I dargestellt. Wegen des allmählichen Anstiegs des Antriebsmoments wird eine plötzliche Drehzahländerung des Motors vollständig unterdrückt, wie es aus Fig. 3 J deutlich ist.

Claims

1. Regelvorrichtung für einen Kraftfahrzeug-Wechselstromgenerator umfassend

eine Spannungserfassungeinrichtung (201, 202) zur Erfassung der Ausgangsspannung des motorgetriebenen Wechselstromgenerators (1),

eine Spannungsregeleinrichtung (204, 205) zur Regelung eines Schaltelements (213), das den Feldstrom des Wechselstromgenerators (1) in Reaktion auf ein durch Vergleich des Ausgangs der Spannungserfassungeinrichtung (201, 202) mit einer Standardspannung (203> erhaltenes Spannungsvergleichssignal schaltet,

einer Feldstrom-Erfassungseinrichtung (206) zur Erfassung des Feldstromes, und

einer Feldstrom-Begrenzungseinrichtung (210, 211) zur Regelung des Schaltelements (213) in Reaktion auf ein Signal, das durch Vergleich des Ausgangs der Feldstrom-Erfassungseinrichtung (206) mit einem Feldstrom-Begrenzungswert erhalten wird,

gekennzeichnet durch eine Feldstrom-Begrenzungswert- Steuereinrichtung (208, 209), die einen Aufwärts/Abwärts-Zähler (208), der vorgegebene Taktimpulse zählt und dessen Zählrichtung durch das Spannungsvergleichssignal gesteuert wird, und einen D/A-Wandler (209) umfaßt, der mit dem Ausgang des Aufwärts/Abwärts-Zählers (208) verbunden ist, um einen Feldstrom-Begrenzungswert bereit zustellen, der sich laufend in Reaktion auf das Spannungsvergleichssignal ändert, wobei der Feldstrom-Begrenzungswert vermindert wird, wenn das Spannungsvergleichssignal seinen Ausgangspegel geändert hat, um eine Spannung über der Standardspannung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Taktimpulsen anzuzeigen, und erhöht wird, wenn dieses sich nicht geändert hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Feldstrom-Erfassungseinrichtung einen Widerstand (206) umfaßt, der mit einer Feldspule (102) des Wechselstromgenerators (1) in Reihe geschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Feldstrom- Begrenzungseinrichtung einen Komparator (210) und eine Flip- Flop-Schaltung (211) umfaßt, um ein pulsweitenmoduliertes Regelsignal an das Schaltelement (213) zu liefern.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Schaltelement (213) entweder von den Ausgängen der Spannungsregeleinrichtung (204, 205) oder der Feldstrom-Begrenzungseinrichtung (210, 211) ausgeschaltet wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Schaltelement (213) ein Leistungstransistor ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Spannung über dem Feldstromerfassungswiderstand (206) einem nicht invertierenden Verstärker (207) zur Bildung des Ausgangssignals zugeführt wird, welches mit dem Feldstrom-Begrenzungswert verglichen wird.