DE69031374T2

DE69031374T2 - Steuerungssystem für Fahrzeugwechselstromgenerator

Info

Publication number: DE69031374T2
Application number: DE69031374T
Authority: DE
Inventors: Shiro Iwatani; Hirofumi Watanabe
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-11-30
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1998-02-05
Anticipated expiration: 2010-11-29
Also published as: HK1003041A1; DE69031374D1; EP0963027A2; DE69034141T2; EP0430203A2; EP0430203B1; EP0430203A3; EP0963027A3; DE69034141D1; HK1023001A1; US5144220A; EP0963027B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeuggenerator-Steuersystem umfassend die Merkmale des oberbegriffs des Anspruchs 1. Ein derartiges Steuersystem ist aus der JP-A-58-66538 bekannt, die nachstehend noch weiter diskutiert wird. In diesem Steuersystem wird ein Widerstand zu einer Feldspule in eine Reihenschaltung eingefügt, und zwar für eine vorgegebene Periode von 5 bis 15 Sekunden nach einer Eingabezeit, wenn die Anschlußspannung einer Batterie einen bestimmten Pegel überschreitet, hier 11V.
Die US-A-4,651,081 offenbart eine Steuervorrichtung für einen Fahrzeugladegenerator, wobei die geregelte Ausgangsleistung des Generators auf Null gebracht wird, so daß das Antriebsdrehmoment des Generators von der Last der Maschine während eines Beschleunigungsvorgangs und einem Leerlaufbetrieb der Maschine entfernt wird.
Die US-A-4,636,706 offenbart ein Generatorspannungs-Regelsystem mit vier unterschiedlichen Betriebsmoden, wobei eine Tastzyklussteuerung eines Schaltelements ausgeführt wird, das den Feldstrom durch eine Feldspule ein/aus-steuert. Während eines Startens der Maschine wird ein maximaler Feldspulenstrom zugelassen, indem ein vorangehender Felds tromunterdrückungsmodus gelöscht wird.
Die US-A-4,839,576 offenbart eine Steuereinrichtung für einen AC-Generator in Fahrzeugen. Hier ist gezeigt, daß der Feldstrom des AC-Generators zu der Zeitkonstante des Feldstroms ansteigt, bis er einen maximalen Feldstrom erreicht. Eine Feldstrom-Steuereinrichtung weist eine Zeitkonstantenschaltung auf, wobei diese Zeitkonstante von ungefähr 2 bis 4 Sekunden ausreichend größer als diejenige der Feldspule ist. Wenn der Feldstrom allmählich ansteigt, ändert sich die Impulsbreite des Steuersignals, welches an ein den Feldstrom steuerndes Schaltelement angelegt wird, allmählich. Jedoch hat die Feldstrom-Steuereinrichtung keine aktive Steuerung über die angelegte Impulsbreite, sondern reagiert nur auf den allmählich ansteigenden Feldstrom selbst aufgrund der Feldspulen-Zeitkonstanten.
Die EP-A-0 201 243 offenbart ein Steuersystem, bei dem ein Steuersignal mit einer Variablen EIN/AUS-Rate verwendet wird, wenn eine Spannungssteuerung von einem niedrigen Pegel von 12,5 Volt auf einen hohen Pegel von 14,5 Volt geschaltet wird.
Ein Fahrzeug-AC-Generator wird durch einen V-Riemen von der Maschine angetrieben, um Rotationsenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Es bestand eine Nachfrage nach einer Bereitstellung eines Fahrzeug-AC-Generators mit hoher Leistung für eine zunehmende elektrische Last des Fahrzeugs. Die Zunahme im Ausgang des Fahrzeug-AC-Generators bedeutet das Ansteigen eines Lastdrehmoments der Maschine. Somit neigt die Drehung der Maschine dazu, instabil zu werden, wenn die Explosion und Verbrennung beispielsweise unmittelbar nach dem Start der Maschine instabil sind. Zusätzlich stellt der Generator beim Start der Maschine seinen maximalen Ausgang bereit, um die Batterie zu laden, die entladen worden ist, um den Startermotor zu betreiben und demzufolge wird die Last an der Maschine genauso erhöht; d.h., die Drehung der Maschine wird instabil. Dieses Phänomen tritt signifikant auf, wenn die Umgebungstemperatur niedrig ist.
Die voranstehend beschriebene Steuereinrichtung (JP-A-58-66538) steuert den Feldstrom für eine gewisse Zeitperiode von dem Start der Maschine, wie voranstehend beschrieben. Deshalb wird der Generatorausgang unterdrückt, aber er wird nicht Null (A) werden. Somit ist es mit der Einrichtung schwierig, das Generatorantriebslastdrehmoment vollständig zu eliminieren; d.h. die Drehung der Maschine kann nicht ausreichend stabilisiert werden.
Wenn es kalt ist, sind der V-Riemen und Scheiben zum Antreiben eines Fahrzeuggenerators nicht in einem ausreichenden Eingriff miteinander. Wenn der Generator im Fall der voranstehend beschriebenen herkömmlichen Steuereinrichtung ein Antriebsdrehmoment erzeugt, rutscht deshalb der Riemen durch, wodurch Geräusche erzeugt werden (nachstehend als "Riemenrutschgeräusche" bezeichnet, soweit zutreffend).
Ferner wird mit der herkömmlichen Steuereinrichtung über eine bestimmte Zeitperiode von dem Start der Maschine der Feldstrom abrupt erhöht, und demzufolge wird auch der Generatorausgang abrupt erhöht. Das heißt, die Maschinenlast wird abrupt erhöht, so daß es wahrscheinlich ist, daß die Riemenrutschgeräusche erzeugt werden. Zusätzlich kann die abrupte Erhöhung der Maschinenlast die Drehung der Maschine ungünstig beeinflussen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Steuersystem für einen Fahrzeug-AC-Generator bereitzustellen, das eine stabile Drehung der Maschine erreichen kann und das Auftreten von Riemenrutschgeräuschen beim Starten der Maschine verhindern kann. Diese Aufgabe wird durch das Steuersystem des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Verbesserungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Gemäß der Erfindung wird das Generatorantriebslastdrehmoment vollständig beseitigt, welches ansonsten unmittelbar nach dem Start der Maschine auftritt, um die Drehung der Maschine zu stabilisieren und die Erzeugung von Riemenrutschgeräuschen wird verhindert, wenn es kalt ist und die Erzeugung von Riemenrutschgeräuschen und die Abnahme der Drehgeschwindigkeit der Maschine werden verhindert, was ansonsten bewirkt werden kann, wenn der Generatorausgang wieder hergestellt wird.
Gemäß der Erfindung, so wie sie im Anspruch 1 definiert ist, umfaßt ein Fahrzeug-AC-Generatorsteuersystem einen AC-(Wechselstrom)-Generator mit einer Feldspule, einem Gleichrichter zum Gleichrichten eines AC-Ausgangs des AC-Generators, einer Batterie, die mit den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters verbunden ist, und einen Spannungsregler mit einem Schaltelement, welches zu der Feldspule in Reihe geschaltet ist, wobei der Spannungsregler die Anschlußspannung entweder des Gleichrichters oder der Batterie erfaßt, um einen Feldstrom mit Hilfe des Schaltelements zu steuern, um eine Ausgangsspannung des AC-Generators auf einen vorgegebenen Wert einzustellen. Der Spannungsregler arbeitet zu Einstellung der Ausgangsspannung des AC-Generators auf einen ersten Wert, der geringer als eine über der Batterie auftretenden Spannung ist, während einer vorgegebenen Zeitperiode nach dem Start einer Leistungserzeugung des AC-Generators, und dann auf einen zweiten Wert höher als die Batterieausgangsspannung, nach dem vorgegebene Zeitperiode abgelaufen ist. Der Spannungsregler arbeitet zur Steuerung des Schaltelements, so daß es eine erste Leitungsrate für eine vorgegebene Zeitperiode vom Start einer Leistungserzeugung durch den AC-Generator aufweist, und dann zur Steuerung des Schaltelements, so daß es eine von der ersten Leitungsrate allmählich auf eine zweite Leitungsrate ansteigende Leitungsrate aufweist.
Mit dem Fahrzeug-AC-Generatorsteuersystem gemäß der Erfindung wird die erzeugte Spannung auf einen Wert, der geringer als die Batteriespannung ist, für eine vorgegebene Zeitperiode von dem Start einer Leistungserzeugung und danach auf einen Wert, der höher als die Batteriespannung ist, eingestellt, so daß der gewöhnliche Ladungsausgangsbetrieb ausgeführt wird. Die Eigentümlichkeit, das Prinzip und die Verwendbarkeit der Erfindung ergibt sich näher aus der folgenden eingehenden Beschreibung, wenn sie im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild, welches ein Beispiel eines Fahrzeug-AC-Generatorsteuersystems zeigt; und
Fig. 2(a) bis 2(b) graphische Darstellungen für eine Beschreibung des Betriebs der Steuereinrichtung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ein Beispiel einer Steuereinrichtung für einen Fahrzeug-AC-Generator gemäß dieser Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben.
Wie in Fig. 1 gezeigt, weist in AG-Generator 1 eine Ankerspule 101 und eine Feldspule 102 auf und ist mit einem Gleichrichter 2 verbunden. Der Gleichrichter 2 weist einen Hauptausgangsanschluß 201, einen Hilfsausgangsanschluß 202 und einen Masseanschluß 203 auf. Ferner ist ein Spannungsregler 3 vorgesehen, der umfaßt: eine Konstantspannungsquelle A mit einem Widerstand 301 und einer Zener-Diode 302; eine Referenzspannungsschaltung mit Spannungsteilungswiderständen 303 und 304 zum Teilen der Spannung der Konstantspannungsquelle A, um eine Referenzspannung bereitzustellen; Spannungsteilungswiderstände 305 und 306 zum Erfassen einer Generatorausgangsspannung; einen Komparator 307 zum Vergleichen einer Generatorausgangsspannung mit der Referenzspannung; einen Steuertransistor 309, dessen Basis mit dem Ausgangsanschluß des Komparators 307 und durch einen Widerstand 308 mit der Konstantspannungsquelle A verbunden ist; einen Leistungstransistor 311, an den ein Basisstrom durch einen Widerstand 310 angelegt wird, wobei der Leistungstransistor 311 durch den Steuertransistor 309 einund ausgeschaltet wird; und eine Unterdrückungsdiode 312, die parallel zu der Feldspule geschaltet ist, um einen Stoßstrom zu absorbieren. Zusätzlich ist eine Feldstrom-Steuereinrichtung 4 vorgesehen, die umfaßt: einen Zeitgeber 401, der mit den Spannungsteilungswiderständen 305 und 306, die eine Generatorausgangsspannung erfassen, verbunden ist, wobei der Zeitgeber 401 auf eine Erfassung des Generatorausgangs hin gestartet wird; eine Referenzspannungsschaltung mit Spannungsteilungswiderständen 402 und 403; eine Diode 404; eine Zeitkonstantenschaltung mit einem Widerstand 405 und einem Kondensator 406; einen Sägezahnwellengenerator 407 zum Erzeugen einer Sägezahnwelle (Dreieckswelle) mit einer vorgegebenen Periode; und einen Komparator 408 zum Vergleichen der Spannung an dem Schaltungspunkt B in Fig. 1, der das Ausgangssägezahnwellensignal des Sägezahnwellengenerators 407 ist, mit der Spannung an dem Schaltungspunkt C in Fig. 1, der das Ausgangssignal der Zeitkonstantenschaltung ist. Der Ausgangsanschluß der Feldstrom-Steuereinrichtung 4 ist mit der Basis des Leistungstransistors 311 in dem Spannungsregler 3 verbunden.
Der Hauptausgangsanschluß 201 und der Hilfsausgangsanschluß 202 des Gleichrichters 2 sind mit einer Batterie 5 verbunden. Ein Ende der Feldspule 102 ist über einen Schlüsselschalter 6 mit der Batterie 5 verbunden und das andere Ende ist mit dem Spannungsregler 3 verbunden.
In dem Spannungsregler 3 vergleicht der Komparator 307 zum Zweck eines Ladens der Batterie 5 und eines Zuführens eines Stroms an die Last 8 eine gleichgerichtete Generatorausgangsspannung mit der Referenzspannung, so daß die erzeugte Spannung einen vorgegebenen Wert erreicht.In der Feldstrom-Steuereinrichtung 4 gibt der Zeitgeber 401 nach der Erfassung des Starts einer Leistungserzeugung des Generators ein Hochpegelsignal für eine Zeitperiode T1 (Fig. 2) und ein Niedrigpegelsignal danach aus.
Die erzeugte Spannung, die gemäß dem Vergleichsergebnis der Spannung an dem Schaltungspunkt C (nachstehend als "eine Punkt-C-Spannung" bezeichnet, soweit zutreffend), die durch die Spannungsteilungswiderstände 402 und 403 bestimmt wird, mit der Spannung an dem Schaltungspunkt B (nachstehend als "eine Punkt-B-Spannung" bezeichnet, soweit zutreffend), die das Sägezahnwellensignal ist, gesteuert wird, wird so eingestellt, daß sie niedriger als die Batteriespannung ist. Zusätzlich wird die Spannung an dem Schaltungspunkt C so eingestellt, daß sie durch die Zeitkonstantenschaltung, die aus dem Kondensator 406 und dem Widerstand 405 besteht, auf einen vorgegebenen Pegel in einer vorgegebenen Zeitperiode T&sub2; verringert wird, wie mit der gestrichelten Linie in Fig. 2(a) angedeutet.
Der Betrieb der voranstehend beschriebenen Ausführungsform wird beschrieben werden.
Wenn der Schlüsselschalter 6 eingeschaltet wird, hat der Generator 1 seine Leistungserzeugung noch nicht gestartet und deshalb befindet sich der Ausgang des Kornparators 307 in dem Spannungsregler 3 auf einem niedrigen Pegel und der Ausgang des Zeitgebers 401 in der Feldstrom-Steuereinrichtung 4 befindet sich ebenfalls auf einem niedrigen Pegel. Somit befindet sich das Ausgangssignal des Komparators 408 in der Feldstrom-Steuereinrichtung 4 auf einem hohen Pegel, so daß der Leistungstransistor 311 in einen leitenden Zustand (ein) gebracht wird, um einem Anfangserregungsstrom zu ermöglichen, durch einen Anfangserregungswiderstand 7 in der Feldspule 102 zu fließen. Wenn der Generator 1 eine Leistungserzeugung startet, wobei er von der Maschine angetrieben wird, wird der Ausgangszeitgeber 401 auf einen hohen Pegel angehoben, so daß ein Zeitrneßbetrieb ausgeführt wird. Für die vorgegebene Zeitperiode T,, für die sich der Zeitgeber 401 im Betrieb befindet, ist die Punkt-C-Spannung auf dem Pegel, der von den Spannungsteilungswiderständen 402 und 403 eingestellt wird.
Der so eingestellte Pegel bezieht sich auf das Sägezahnwellensignal an dem Schaltungspunkt B, wie in Fig. 2(a) angedeutet. Diese Werte werden von dem Komparator 408 in der Feldstrom-Steuereinrichtung 4 einem Vergleich unterzogen und im Ansprechen auf das Vergleichsergebnis wird der Leistungstransistor 311 ein- und ausgeschaltet, wie in Fig. 2(b) gezeigt. Bei diesem Betrieb ist der prozentuale Anteil einer Leitung des Leistungstransistors minimal, und in diesem Fall ist die erzeugte Spannung nicht höher als die Batteriespannung. Somit ist der Ausgang (die Leistung) des Generators (1) Null (0) für die vorgegebene Zeitperiode (T,) wie in dem Teil (c) von Fig. 2 gezeigt ist.
Wenn der Ausgang des Zeitgebers 401 auf einen niedrigen Pegel an dem Ende der vorgegebene Zeitperiode T, eingestellt wird, wird die Punk-C-Spannung auf einen vorgegebenen Pegel unter Berücksichtigung der Zeit T&sub2; verringert, die von der Zeitkoyistantenschaltung bestehend aus den Kondensator 406 und dem Widerstand 405 bestimmt wird, wie in Fig. 2(a) gezeigt. In diesem Betrieb ist die Wellenform einer Leitung des Leistungstransistors 311, der im Ansprechen auf das Vergleichsergebnis von dem Komparator 408 arbeitet, wie in Fig. 2(b) gezeigt. Das heißt, der prozentuale Anteil einer Leitung des Leistungstransistors 311 wird allmählich erhöht und erreicht den maximalen Wert 100 % in der vorgegebenen Zeitperiode T&sub2;. Während der Zeitperiode T&sub2; wird der Ausgang des Generators allmählich von 0 % auf 100 % erhöht, wie mit der durchgezogenen Linie in Fig. 2(c) gezeigt. Danach wird die ursprüngliche Steuerung gemäß dem Ausgang des Komparators 307 in dem Spannungsregler 3 ausgeführt. In Fig. 2(c) zeigt die gestrichelte Linie die Veränderungen des Generatorausgangs mit der herkömmlichen Steuereinrichtung an.
Mit der Steuereinrichtung gemäß der Erfindung wird die erzeugte Spannung für eine vorgegebene Zeitperiode von dem Start einer Spannungserzeugung von dem AC-Generator unmittelbar nach dem Start der Maschine kleiner eingestellt als die Batteriespannung, so daß der Generator keinen Leistungsausgang erzeugt. Somit kann das Generatorantriebs-Lastdrehmoment vollständig beseitigt werden, um schnell die Maschinenleerlaufdrehung zu stabilisieren. Zusätzlich kann die Erzeugung von Riernenrutschgeräuschen bei niedrigen Temperaturen verhindert werden. Ferner wird mit der Steuereinrichtung der prozentuale Anteil einer Leitung des Schaltelements allmählich in der vorgegebenen Zeitperiode erhöht, und deshalb wird die Maschinenlast nicht abrupt erhöht. Demzufolge kann die Erzeugung von Riemenrutschgeräuschen und die Verringerung der Drehgeschwindigkeit der Maschine positiv verhindert werden, was ansonsten stattfindet, wenn der Generatorausgang wiederhergestellt wird.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, wird mit der Steuereinrichtung der Erfindung die erzeugte Spannung so eingestellt, daß sie über 10 Sekunden von dem Start einer Leistungserzeugung von dem Generator niedriger als die Batteriespannung ist; das heißt, der Generator 1 stellt keine Ausgangsleistung bereit. Zehn Sekunden nach dem Start einer Energieerzeugung wird die erzeugte Spannung so eingestellt, daß sie höher als die Batteriespannung ist, so daß der gewöhnliche Ladungsausgabebetrieb ausgeführt wird.
In der voranstehend beschriebenen Steuereinrichtung ist die Betriebszeit des Zeitgebers 10 Sekunden; jedoch ist die Erfindung nicht darauf oder dadurch beschränkt. Das heißt, die Betriebszeit kann auf andere Werte je nach Fall eingestellt werden.
Es versteht sich von selbst, daß das technische Konzept der Erfindung auf andere Fahrzeuggeneratoren als 12V anwendbar ist.
Demzufolge kann das Generatorantriebslastdrehmoment vollständig beseitigt werden, um die Maschinenleerlaufdrehung schnell zu stabilisieren.
Die vollständige Beseitigung des Generatorantriebslastdrehmornents ermöglicht, daß der Riemen einen ausreichenden Eingriff mit den Scheiben eingeht, wodurch die Erzeugung von Riemenrutschgeräuschen positiv verhindert wird.

Claims

1. Fahrzeug-AC-Generatorsteuersystem, umfassend:

a) einen AC-Generator (1) mit einer Feldspule (102);

b) einen Gleichrichter (2) zum Gleichrichten eines AC-Ausgangs des AC-Generators (1);

c) eine Batterie (5), die mit dem Ausgangsanschluß (201) des Gleichrichters verbunden ist; und

d) ein Spannungsregler (3) mit einem Schaltelement (311), das in Reihe zu der Feldspule (102) geschaltet ist und betreibbar ist, um die Anschlußspannung entweder des Gleichrichters oder der Batterie zu erfassen, um einen Feldstrom mit Hilfe des Schaltelements (311) zu steuern, um eine Ausgangsspannung des AC-Generators auf einen vorgegebenen Wert zu regeln;

e) eine Feldstrom-Steuereinrichtung (4) zum Steuern des Betrags von Feldstrom, der an die Feldspule (102) geliefert wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

f) die Feldstrom-Steuereinrichtung (4) ein EIN/AUS-Steuersignal mit einer Wellenform mit einer variablen EIN/AUS-Rate an das Schaltelement (311) des Spannungsreglers (3) anlegt, wobei das Schaltelement (311) veranlaßt wird, eine entsprechend veränderbare Leitungsrate aufzuweisen,

- um das Schaltelement (311) so zu steuern, daß es eine erste Leitungsrate für eine vorgegebene Zeitperiode von dem Start einer Spannungserzeugung durch den Aa-Generator aufweist, wobei die erste Leitungsrate so eingestellt ist, daß die gleichgerichtete Ausgangsspannung niedriger als die Spannung ist, die über der Batterie auftritt, so daß die Generatorausgangsleistung Null wird; und

- um dann das Schaltelement (311) so zu steuern, daß es eine von der ersten Leitungsrate allmählich auf eine zweite Leitungsrate ansteigende Leitungsrate aufweist, bei der die gleichgerichtete erzeugte Spannung höher als die Spannung ist, die über der Batterie auftritt, so daß die Generatorausgangsleistung allmählich von Null auf 100 % ansteigt.

2. System nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die

Feldstrom-Steuereinrichtung (4) dafür ausgelegt ist, die EIN/AUS-Steuerung des Schaltelements so auszuführen, daß die erste Leitungsrate für zehn Sekunden von dem Start einer Spannungserzeugung beibehalten wird.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Feldstrom-Steuereinrichtung (4) umfaßt:

einen Zeitgeber (401), der eine geteilte gleichgerichtete Ausgangsspannung von dem Spannungsregler (3) erfaßt, wobei der Zeitgeber (401) auf eine Erfassung des Generatorausgangs hin gestartet wird, eine Referenzspannungsschaltung (402, 403), eine Zeitkonstantenschaltung (405, 406) mit einer vorgegebenen Zeitkonstante, einen Sägezahnwellengenerator (407) zum Erzeugen einer Sägezahnwelle mit einer vorgegebenen Periode und einen Komparator (408) zum Vergleichen einer Spannung von der Sägezahnwelle mit einer Ausgangsspannung der Zeitkonstantenschaltung (405, 406), wobei ein Ausgang von dem Komparator (408) zum Ausführen der EIN/AUS-Steuerung des Schaltelernents des Spannungsreglers (3) verwendet wird.