DE10041015A1

DE10041015A1 - Regulating power of electrical generator in motor vehicle, involves regulating generator output voltage depending on detected urban and cross-country speed-time profiles of motor vehicle

Info

Publication number: DE10041015A1
Application number: DE10041015A
Authority: DE
Inventors: Axel Nix
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2002-03-07

Abstract

The method involves regulating generator (3) power depending on the operating state of the vehicle detected by sensors. An output voltage of the generator is regulated depending on detected speed-time profiles of the motor vehicle. Profiles are associated with at least two typical driving cycles, urban and cross-country; the generator voltage is lower for urban travel.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Ausgangsspannung eines Generators eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for Regulating the output voltage of a generator Motor vehicle according to the preamble of claim 1.

Zur elektrischen Energieversorgung eines Kraft fahrzeugs werden Generatoren eingesetzt, die vom Motor des Fahrzeugs angetrieben werden. Diese Generatoren sind üblicherweise Drehstromgeneratoren mit einer Erregerwick lung, die von einem Erregerstrom durchflossen wird, wobei ein Spannungsregler den Erregerstrom so regelt, dass die Ausgangsspannung des Generators im Wesentlichen konstant und etwas höher als die Nennspannung der zu ladenden Bat terie ist. Da die chemischen Eigenschaften und damit die optimale Ladespannung der Batterie temperaturabhängig sind, wird die Generatorausgangsspannung anhand einer Ge neratorkennlinie temperaturabhängig eingestellt. So liegt die Generatorspannung bei niedrigen Temperaturen etwas höher, um die Batterieladung im Winter zu verbessern. Bei hohen Temperaturen ist die Generatorspannung niedriger, um eine Überladung der Batterie zu verhindern.For the electrical energy supply of a power Vehicle generators are used by the engine of the vehicle are driven. These generators are usually three-phase generators with a field winding lung, which is flowed through by an excitation current, wherein a voltage regulator controls the excitation current so that the Output voltage of the generator is essentially constant and slightly higher than the nominal voltage of the bat to be charged terie is. Because the chemical properties and therefore the optimal charging voltage of the battery depending on temperature are, the generator output voltage is based on a Ge nerator characteristic curve set depending on temperature. So lies the generator voltage somewhat at low temperatures higher to improve battery charging in winter. at high temperatures, the generator voltage is lower, to prevent overcharging the battery.

Für die Versorgung elektrischer Verbraucher bei ausgeschaltetem Motor dient die Batterie als Energiespei cher. Auch bei laufendem Motor und eingeschaltetem Gene rator wird die Batterie zur Abdeckung von Lastspitzen verwendet. Insbesondere im Leerlauf des Motors werden aufgrund der dann geringen Ausgangsleistung des Genera tors elektrische Verbraucher teilweise aus der Batterie betrieben, bei höheren Motordrehzahlen wird die Batterie dann sofort wieder geladen. Der Generator ist so bemes sen, dass die Ladebilanz des Fahrzeugs im Mittel ausge glichen ist, die Batterie also immer wieder geladen wird. Während des Fahrbetriebs wird eine Vollladung der Batte rie angestrebt.For the supply of electrical consumers When the engine is switched off, the battery serves as an energy source cher. Even with the engine running and genes switched on The battery is used to cover peak loads used. Especially when the engine is idling due to the then low output power of the Genera tors electrical consumers partly from the battery the battery is operated at higher engine speeds then immediately loaded again. The generator is so dimensioned sen that the load balance of the vehicle on average the battery is being charged again and again. The battery is fully charged during operation strived for.

Auch wenn der Betrieb des Generators auf Dauer für die Funktion des Fahrzeugs unabdingbar ist, wird doch aufgrund des damit verbundenen Bremsmoments und einherge henden Mehrverbrauchs des Motors die zeitweise Abschal tung oder zumindest Leistungsreduzierung des Generators vorgesehen. Die Abschaltung oder Leistungsreduzierung ge schieht dabei regelmäßig durch eine Reduzierung des Erre gerstroms und damit Absenkung der Generatorausgangsspan nung. Eine Absenkung der Generatorspannung ist gleichbe deutend mit einer Reduzierung der vom Generator abgegebe nen elektrischen Leistung.Even if the operation of the generator is permanent is essential for the function of the vehicle due to the associated braking torque and associated due to the increased consumption of the engine device or at least power reduction of the generator intended. The shutdown or power reduction ge happens regularly by reducing the pathogen current and thus lowering the generator output voltage voltage. A reduction in the generator voltage is the same significant with a reduction in the output from the generator electrical power.

So beschreibt DE 42 22 072 C1 eine Steuerein richtung, die erkennt, ob sich der Motor in der Start phase befindet, um während dieser den Generator abzu schalten und kein zusätzliches Bremsmoment während des Startvorgangs zu erzeugen.So DE 42 22 072 C1 describes a Steuerein direction that detects whether the engine is starting phase to switch off the generator during this phase switch and no additional braking torque during To generate the startup process.

DE 40 42 347 A1 beschreibt eine Absenkung der vom Generator abgegebenen Leistung, solange die Brenn kraftmaschine noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht hat, um einen unrunden Lauf der Brennkraftmaschine zu vermeiden. DE 40 42 347 A1 describes a lowering of the output from the generator as long as the combustion engine has not yet reached its operating temperature has to make the internal combustion engine run out of round avoid.

DE 197 48 421 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung der Abgasemission einer Brennkraftmaschine durch Reduzierung der Leistung des Generators, solange der Abgaskatalysator noch nicht seine Betriebstemperatur erreicht hat.DE 197 48 421 A1 describes a method for Improvement of exhaust gas emissions from an internal combustion engine by reducing the power of the generator as long the catalytic converter has not yet reached its operating temperature has reached.

Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren nach DE 43 07 907 A1, bei dem die Regelung der Generatorleistung in Abhängigkeit von Betriebszustän den des Fahrzeugs erfolgt, wobei die Generatorleistung beim Beschleunigen des Fahrzeugs erniedrigt und beim Ab bremsen des Fahrzeugs erhöht werden soll.The starting point of the present invention is a method according to DE 43 07 907 A1, in which the regulation the generator power depending on the operating conditions that of the vehicle, the generator power decreased when accelerating the vehicle and when Ab braking of the vehicle should be increased.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, bei dem eine Verlagerung unvermeidbarer Abgas emissionen von besonders belasteten Innenstädten in weni ger belastete außerstädtische Bereiche erfolgt. Dies ist insoweit wünschenswert, als Schadstoffemissionen in In nenstädten durch
It is an object of the invention to provide a method in which a shift of unavoidable exhaust emissions from particularly polluted inner cities takes place in less polluted out-of-town areas. This is desirable insofar as pollutant emissions in inner cities result from

- a large concentration of vehicles on en according to space,
- high residential density and associated Belas of many people and
- Reduced air exchange due to high buildings

besonders ungünstig sind. Eine Verlagerung des Schad stoffausstoßes in außerstädtische Bereiche ist für die Verbesserung der Lebensqualität in Innenstädten wün schenswert.are particularly unfavorable. A shift of harm emissions in extra-urban areas is for the Improving the quality of life in city centers rule worth.

Erfindungsgemäß wertet hierzu ein elektroni sches Steuergerät das aktuelle Geschwindigkeits-Zeit-Pro fil des Fahrzeugs aus und erkennt typische Fahrzyklen. According to the invention evaluates an electronics cal control unit the current speed-time pro fil of the vehicle and recognizes typical driving cycles.

Ein Innenstadtzyklus wird beispielsweise er kannt, wenn
- die maximale Geschwindigkeit des Fahrzeugs über einen längeren Zeitraum unter einem Grenzwert liegt, der beispielsweise bei 50 km/h liegen kann,
He knows a city center cycle, for example, when
the maximum speed of the vehicle is below a limit value over a longer period of time, which can be, for example, 50 km / h,

- the number of vehicle stops per unit of time is above a limit,
- the average speed at a time space is below a limit and / or
- Change of driving speed for example often more than 10 km / h in a period occur.

Liegen keine Bedingungen für die Annahme eines Innenstadtzyklus vor, so erkennt das auswertende Steuer gerät das Vorliegen eines Überlandzyklus. Eine Erweite rung der Zyklenerkennung auf mehr als die beschriebenen Innenstadt- und Überlandzyklen ist durch die Auswahl ge eigneter Kriterien bei der Analyse des Geschwindigkeits- Zeit-Profils möglich.There are no conditions for accepting one Inner city cycle, so the evaluating tax recognizes the existence of an overland cycle. An expanse tion of the cycle detection to more than those described Inner city and interurban cycles are selected by the selection suitable criteria when analyzing the speed Time profile possible.

Hat das auswertende Steuergerät einen Innen stadtzyklus erkannt, wird diese Information an den Gene ratorspannungsregler weitergeleitet. Dies kann über einen BUS des Fahrzeugs oder durch eine Signalleitung gesche hen. Der Generatorspannungsregler ist so ausgelegt, dass er in Abhängigkeit des erkannten Fahrzyklus unterschied liche Generatorkennlinien anwendet, wobei bei gleicher Temperatur die Ausgangsspannung des Generators im Innen stadtzyklus unter der Spannung im Überlandzyklus liegt. The evaluating control unit has an interior City cycle recognized, this information is in the genes rator voltage regulator forwarded. This can be done through a BUS of the vehicle or through a signal line hen. The generator voltage regulator is designed so that he differentiated depending on the detected driving cycle Liche generator characteristics applies, with the same Temperature the output voltage of the generator inside city cycle is under tension in the interurban cycle.

Die reduzierte Generatorspannung führt zu einer verrin gerten Leistungsaufnahme des Generators von der Brenn kraftmaschine und damit verringerter Schadstoffemission. Während des Betriebs des Fahrzeugs im Innenstadtzyklus wird die Nichtladung oder sogar Entladung der Batterie in Kauf genommen, eine Vollladung der Batterie nur beim Be trieb des Fahrzeugs im Überlandverkehr angestrebt.The reduced generator voltage leads to a reduction power consumption of the generator from the burner engine and thus reduced pollutant emissions. During the operation of the vehicle in the inner city cycle will the non-charging or even discharging of the battery Purchased taken, a full charge of the battery only when loading drive of the vehicle aimed at intercity traffic.

Sofern ein Fahrzeug sowohl im Innenstadt- als auch im Überlandverkehr eingesetzt wird, kann mit diesem Verfahren im Mittel eine ausgewogene Ladebilanz erzielt werden. Da jedoch der Betrieb des Fahrzeugs auch im Über landverkehr nicht garantiert werden kann, ist das be schriebene Verfahren vorteilhaft, um eine Ladezustandsre gelung zu erweitern.If a vehicle is both in the city center and can also be used in intercity traffic Process achieved a balanced load balance on average become. However, since the operation of the vehicle also in the over land transport cannot be guaranteed, that is Written methods advantageous to a state of charge expansion.

Hierfür wird der aktuelle Ladezustand der Bat terie durch ein elektronisches Steuergerät erfasst. Dies geschieht mit Hilfe eines Algorithmus, der anhand der Batteriespannung bei unbelasteter Batterie, der Batterie spannung bei belasteter Batterie und der Batterietempera tur sowie ggf. weiterer Größen auf den Ladezustand rück schließen kann.The current state of charge of the Bat terie recorded by an electronic control unit. This happens with the help of an algorithm based on the Battery voltage when the battery is not loaded, the battery voltage when the battery is loaded and the battery temperature structure as well as any other sizes to the state of charge can close.

Der aktuelle Ladezustand ist der Ist-Wert eines Ladezustandsreglers, der als Ausgangsgröße dem Generator spannungsregler einen Spannungssollwert vorgibt. Als wei tere Eingangsgröße verwendet der Ladezustandsregler den aktuellen Fahrzyklus. Je nach Fahrzyklus wählt der Lade zustandsregler den Sollwert der Generatorspannung anhand unterschiedlicher Kennlinien aus. Dabei weisen die Kenn linien für Innenstadtverkehr und Überlandverkehr bei be reits entladener Batterie den selben Verlauf auf, bei gut geladener Batterie, d. h. bei einem Ladezustand größer ca. 80% aber gibt die Kennlinie für Innenstadtverkehr einen kleineren Generatorspannungssollwert als die Kenn linie für Überlandverkehr vor. Durch die Verwendung die ses der Generatorspannungsregelung überlagerten Ladezu standsreglers wird sichergestellt, dass auch Fahrzeuge, die ausschließlich im Innenstadtverkehr betrieben werden, jederzeit über eine ausreichende geladene Batterie verfü gen.The current state of charge is the actual value of one State of charge controller, which is the output variable to the generator voltage regulator specifies a voltage setpoint. As white The charge state controller uses the higher input variable current driving cycle. The drawer selects depending on the driving cycle state controller using the setpoint of the generator voltage different characteristics. The identifiers show lines for inner city and interurban traffic at be already discharged battery the same course, with good charged battery, d. H. with a charge state larger around 80%, however, gives the characteristic for inner city traffic a smaller generator voltage setpoint than the characteristic line for interurban traffic. By using the charging superimposed on the generator voltage control level controller ensures that vehicles, which are operated exclusively in inner city traffic, have a sufficiently charged battery at all times gene.

Die weitere Beschreibung der Erfindung erfolgt anhand von Zeichnungen. Es zeigen:The invention is further described based on drawings. Show it:

Fig. 1 ein elektrisches Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit der erfindungsge mäßen Fahrzykluserkennung, die auf einen fahrzyklusabhängigen Generator spannungsregler wirkt; Fig. 1 is an electrical on-board network of a motor vehicle to the erfindungsge MAESSEN driving cycle detection, the voltage regulator acts on a driving cycle-dependent generator;

Fig. 2 ein elektrisches Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit der erfindungsge mäßen fahrzyklusabhängigen Generator regelung unter Verwendung eines Lade zustandsreglers, der einen Spannungs sollwert einem Generatorspannungsreg ler mit externer Sollwertvorgabe vorgibt, sowie eine Ladezustandser fassung der Batterie. Fig. 2 is an electrical vehicle electrical system of a motor vehicle with the driving cycle-dependent generator control according to the invention using a charge state controller that specifies a voltage setpoint to a generator voltage regulator with external setpoint specification, and a charge state detection of the battery.

Fig. 1 zeigt den einfachsten Fall eines Bord netzes mit fahrzyklusabhängiger Generatorspannungsrege lung. Hierzu analysiert ein an einem BUS angeschlossenes elektronisches Steuergerät 1 das aktuell vorliegende Geschwindigkeits-Zeit-Profil des Fahrzeugs. Die Informa tion über die Fahrzeuggeschwindigkeit kann dabei vom BUS genommen werden. Anhand des Geschwindigkeits-Zeit-Profils entscheidet das Steuergerät 1, ob ein Betrieb des Fahr zeugs im Innenstadtverkehr oder im Überlandverkehr vor liegt, und leitet diese Information über den BUS oder eine Signalleitung an einen Generatorspannungsregler 2 weiter. Diese Information kann dabei die Zustände "Innen stadtverkehrszyklus" oder "Überlandverkehrszyklus" anneh men. Die Auswertung des Geschwindigkeits-Zeit-Profils ge schieht im Steuergerät 1 durch einen geeigneten Software algorithmus, der beispielsweise Maximalgeschwindigkeit, Durchschnittsgeschwindigkeit, Anzahl der Fahrzeugstill stände sowie Anzahl und Art der Beschleunigungsvorgänge in einem Zeitraum auswertet. Fig. 1 shows the simplest case of an on-board network with driving cycle-dependent generator voltage regulation. For this purpose, an electronic control unit 1 connected to a BUS analyzes the current speed-time profile of the vehicle. The information about the vehicle speed can be taken from the BUS. On the basis of the speed-time profile, the control device 1 decides whether the vehicle is operating in city center traffic or in interurban traffic, and forwards this information via the BUS or a signal line to a generator voltage regulator 2 . This information can assume the states "inner city traffic cycle" or "interurban traffic cycle". The evaluation of the speed-time profile happens in the control unit 1 by means of a suitable software algorithm which, for example, evaluates the maximum speed, average speed, number of vehicle stops and the number and type of acceleration processes in a period of time.

Der fahrzyklusabhängige Generatorspannungsreg ler 2 weist zwei unterschiedliche Generatorkennlinien je nach erkanntem Fahrzyklus auf. Bei erkanntem Innenstadt zyklus regelt der Generator durch eine Reduzierung des Stroms in der Erregerwicklung eines Generators 3 dessen Ausgangsspannung auf einen kleineren Wert als im Falle des Überlandverkehrs, bei dem eine höhere Generatorspan nung geregelt wird. Um eine Batterie im Überlandverkehr zu laden, muss die Spannung über der Spannung der Batte rie 4 liegen. Im Innenstadtverkehr kann die Spannung auch unter der Spannung der Batterie 4 liegen. In diesem Fall werden Gleichrichterdioden im Generator 3 in Sperrrich tung betrieben und der Generator 3 ist abgeschaltet.The driving cycle-dependent generator voltage regulator 2 has two different generator characteristics depending on the detected driving cycle. If the inner city cycle is recognized, the generator regulates the output voltage to a smaller value than in the case of interurban traffic, in which a higher generator voltage is regulated, by reducing the current in the field winding of a generator 3 . In order to charge a battery in interurban traffic, the voltage must be above the voltage of the battery 4 . In inner city traffic, the voltage can also be below the voltage of the battery 4 . In this case, rectifier diodes in the generator 3 are operated in the reverse direction and the generator 3 is switched off.

Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Erweiterung der fahrzyklusabhängigen Generatorregelung um eine Ladezu standsregelung. Hierbei gibt das fahrzykluserkennende Steuergerät 1 seine Information über den Fahrzyklus nicht direkt an den Generatorspannungsregler 2, sondern an ei nen vorgelagerten Ladezustandsregler 5. Dieser bestimmt den Sollwert der Generatorausgangsspannung in Abhängig keit vom erkannten Fahrzyklus und dem aktuellen Ladezu stand der Batterie 4. Beide Informationen können dem La dezustandsregler 5 über den BUS oder Signalleitungen zu geführt werden. Die Funktionen der Steuergeräte 1, 2, 5 und 6 können aber auch ganz oder zu Teilen in nur einem elektronischen Steuergerät integriert werden. Fig. 2 shows an advantageous extension of the driving cycle-dependent generator control by a charge state control. Here, the driving cycle-detecting control unit 1 does not give its information about the driving cycle directly to the generator voltage regulator 2 , but to an upstream charge state regulator 5 . This determines the setpoint of the generator output voltage depending on the detected driving cycle and the current charging status of the battery 4 . Both pieces of information can be supplied to the charge state controller 5 via the BUS or signal lines. The functions of control units 1 , 2 , 5 and 6 can also be integrated in whole or in part in only one electronic control unit.

Der Ladezustandsregler 5 weist für die beiden Fahrzyklen "Innenstadtverkehr" und "Überlandverkehr" un terschiedliche Kennlinien auf. Bei geringem Ladezustand der Batterie 4 wird dem Generatorspannungsregler 2 ein hoher Sollwert vorgegeben, um die bereits entladene Bat terie 4 möglichst schnell wieder zu laden. In diesem Be reich, beispielsweise bei einem Ist-Ladezustand der Bat terie 4 kleiner als 80% unterscheidet sich die Sollwert vorgabe des Ladezustandsreglers 5 für die Fahrzyklen nicht voneinander. Der Sollwert ist auf eine möglichst schnelle Ladung der Batterie 4 optimiert. Bei einem Ist- Ladezustand der Batterie 4 größer als ca. 80% laufen die Kennlinien der beiden Fahrzyklen auseinander, bei gut ge ladener Batterie 4 wird im Innenstadtzyklus dem Genera torspannungsregler 2 ein kleinerer Sollwert vorgegeben als im Überlandverkehrszyklus. Die Ist-Erfassung des La dezustands der Batterie 4 geschieht in einem elektroni schen Steuergerät 6, das anhand der Batteriespannung des Stroms I im Bordnetz sowie der Batterietemperatur T den Ladezustand errechnet. Den Strom im Bordnetz kann das Steuergerät 6 auch selbst abschätzen, soweit es anhand der auf dem BUS verfügbaren Informationen verfolgt, wel che Lasten im Fahrzeug eingeschaltet sind.The state-of-charge controller 5 has different characteristic curves for the two driving cycles “inner city traffic” and “interurban traffic”. When the battery 4 is in a low state of charge, the generator voltage regulator 2 is given a high setpoint value in order to recharge the already discharged battery 4 as quickly as possible. In this range, for example when the actual charge state of the battery 4 is less than 80%, the setpoint specification of the charge state controller 5 does not differ from one another for the driving cycles. The setpoint is optimized to charge the battery 4 as quickly as possible. If the actual charge state of the battery 4 is greater than approx. 80%, the characteristic curves of the two driving cycles diverge; if the battery 4 is well charged, the generator voltage controller 2 is given a smaller setpoint in the inner city cycle than in the interurban traffic cycle. The actual detection of the state of charge of the battery 4 takes place in an electronic control unit 6 which calculates the state of charge on the basis of the battery voltage of the current I in the vehicle electrical system and the battery temperature T. The control unit 6 can also estimate the current in the vehicle electrical system itself, provided that it uses the information available on the BUS to track which loads are switched on in the vehicle.

Claims

1. A method for regulating the power of an electrical generator ( 3 ) of a motor vehicle as a function of sensor-determined operating states of the motor vehicle, characterized in that an output voltage of the generator ( 3 ) as a function of determined speed-time profi le of the motor vehicle is regulated.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the determined speed-time profiles at least two typical driving cycles "Innenstadtver reverse "or" interurban traffic "and the generator output voltage depends on the driving cycle - is regulated in such a way that at "Innenstadtver kehr "is lower than for" interurban traffic ".

3. The method according to claim 2, characterized in that the following criteria for detecting an inner city cycle are applied to the speed-time profile:
the maximum speed of the vehicle is below a limit value over a longer period of time, and / or
the number of vehicle stops per unit of time is above a limit, and / or
the average speed in a period is below a limit, and / or
Changes in driving speed by more than 10 km / h occur more frequently in a period than specified in a limit value.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the control of the generator output voltage is additionally carried out as a function of signals from a charge state controller of a vehicle battery ( 4 ), such that at low battery charge, regardless of the determined speed-time profile a high generator output voltage for charging the battery ( 4 ) is regulated.