DE102004004908A1

DE102004004908A1 - Verfahren zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs sowie Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102004004908A1
Application number: DE200410004908
Authority: DE
Inventors: Stefan Pfaller; Josef Winkler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2024-01-31
Also published as: DE102004004908B4

Abstract

Verfahren zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Strom erzeugenden Generator, über den ein oder mehrere im vom Generator versorgten Bordnetzstromkreis befindliche Verbraucher gespeist werden, wobei bei Betrieb des Motors der vom Generator von den Verbrauchern aufgenommene Bordnetzstrom ermittelt und in Abhängigkeit davon die einzustellende minimale Leerlaufdrehzahl ermittelt wird, bei der keine oder eine definierte zulässige Batterieentladung eintritt, nach Patent ... (Patentanmeldung 10257024.8), wobei gleichzeitig der momentane Batterieladestrom erfasst und anhand des Bordnetzstroms und des Batterieladestroms der aktuelle Verbraucherstrombedarf ermittelt und in Abhängigkeit des Ermittlungsergebnisses die einzustellende Leerlaufdrehzahl bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs umfassend einen Strom erzeugenden Generator, über den ein oder mehrere im vom Generator versorgten Bordnetzstromkreis befindliche Verbraucher gespeist werden, wobei bei Betrieb des Motors der vom Generator von den Verbrauchern aufgenommene Bordnetzstrom ermittelt und in Abhängigkeit davon die einzustellende minimale Leerlaufdrehzahl ermittelt wird, bei der keine oder eine definierte zulässige Batterieentladung eintritt nach Patent ... (Patentanmeldung 102 57 024.8).
Um den Kraftstoffverbrauch zu senken und den Fahrkomfort zu erhöhen, wird bei vielen Kraftfahrzeugen die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors immer weiter abgesenkt, teilweise auf Leerlaufdrehzahlen von 600 U/min. Damit es nicht zu einem Einbrechen der Bordnetzspannung bei zu niedriger Motordrehzahl und bei zu hohem Bordnetzstrom kommt, wodurch die Batterie entladen würde, muss gegebenenfalls eine Anhebung der Leerlaufdrehzahl vorgenommen werden. Die Anhebung der Leerlaufdrehzahl sollte dabei nicht sofort erfolgen, da eine solche Anhebung ohne sein Einwirken den Fahrer verunsichern könnte, sie sollte aber auch nicht erst nach einer erneuten Fahrt wirksam werden, da in diesem Fall in der Zwischenzeit die Batterie entladen wird. Die Drehzahlsteuerung sollte also nach einem Verfahren erfolgen, das die Einstellung niedriger Leerlaufdrehzahlen flexibler ermöglicht. Ein derartiges flexibles Verfahren ist in der Patentanmeldung 102 57 024.8 beschrieben. Gemäß diesem Verfahren werden bei Betrieb des Motors der Bordnetzstrom und in Abhängigkeit davon die einzustellende minimale Leerlaufdrehzahl ermittelt, bei der keine oder eine definierte zulässige Batterieentladung auftritt. Dabei wird nicht mehr auf eine bereits gegebene Batterieentladung reagiert, sondern von vornherein eine gerade noch zulässige Leerlaufdrehzahl eingestellt, so dass eine mögliche Batterieentladung den vorgegebenen Rahmen nicht überschreiten kann. Somit wird zwar eine über das zulässige Maß hinausgehende Entladung der Batterie verhindert, ein mögliches Aufladen der Batterie im Motorleerlauf bleibt hingegen unberücksichtigt. Bei einem solchen unerkannten Aufladen der Batterie im Motorleerlauf ist die nach obigem Verfahren eingestellte Leerlaufdrehzahl höher als erforderlich.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Drehzahlsteuerung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, dass eine differenziertere Bestimmung der einzustellenden Leerlaufdrehzahlen möglich wird.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß vorgesehen, dass gleichzeitig mit der Ermittlung des Bordstroms der momentane Batterieladestrom erfasst, anhand des Bordnetzstroms und des Batterieladestroms der aktuelle Verbraucherstrombedarf ermittelt und in Abhängigkeit des Ermittlungsergebnisses die einzustellende Leerlaufdrehzahl bestimmt wird.
Der Bordnetzstrom entspricht der Summe des Verbraucherstroms und des Batteriestroms, ist also dem Generatorstrom gleichzusetzen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird somit parallel zur Bestimmung des Bordnetzstroms festgestellt, ob gerade ein Aufladen der Batterie stattfindet. Ist dies der Fall, so liefert der Generator aktuell mehr elektrische Energie, als im Leerlaufbetrieb nötig ist. Denn im Leerlauf müssen zwar alle Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt werden, nicht jedoch die Batterie, kann doch eine Zyklisierung der Batterie sogar deren Lebensdauer verkürzen. Durch die zusätzliche Erfassung des Batterieladestroms ist es nun möglich anzugeben, welchen Strom allein die Verbraucher zur Zeit mindestens benötigen. Dieser Mindeststrombedarf kann dann der Ausgangspunkt für die Be stimmung der einzustellenden Leerlaufdrehzahl sein. Somit wird die Leerlaufdrehzahl eben nicht zu niedrig, aber auch nicht zu hoch eingestellt. Für die einzustellende Leerlaufdrehzahl wird neben den motorspezifischen Randbedingungen auch der tatsächliche Bordnetzstrom berücksichtigt. Dadurch verringert sich der Kraftstoffbedarf des Kraftfahrzeugs und die Abgasemissionen sinken. Diese Absenkung des Kraftstoffverbrauchs zeigt sich vorteilhafterweise bereits beim Durchlaufen des MVEG-Zyklus. Die einzustellende Leerlaufdrehzahl wird so bestimmt, dass der Motor den Generator bedarfsgerecht ansteuert. Damit ist sichergestellt, dass der Verbraucherstrombedarf abgedeckt wird, dass also insbesondere nicht nur unerlässliche Systeme, wie z. B. die Beleuchtungsanlagen, sondern auch Komfortsysteme wie Heizung oder Klimaanlage im vollen Umfang zur Verfügung stehen. Eine Zyklisierung der Batterie im Motorleerlauf wird sicher verhindert und damit die Batterie geschont. Zur besseren Information des Fahrers oder Beifahrers ist es möglich, eine Anzeige des Verbraucherstrombedarfs ähnlich einer Kraftstoffbedarfsanzeige vorzusehen, die zweckmäßigerweise im Cockpit eingebaut wird, so dass eine kontinuierliche Visualisierung des Verbraucherstrombedarfs möglich wird. Eine solche Anzeige hilft dem Fahrer, den Einsatz gewisser Komfortsysteme gegebenenfalls zu überdenken, und kann so zu einer weiteren Absenkung des Kraftstoffbedarfs führen.
Zur Ermittlung des Bordnetzstroms sind unterschiedliche Möglichkeiten denkbar. Gemäß einer ersten Erfindungsausgestaltung erfolgt die Ermittlung des Bordnetzstroms indirekt über das Tastverhältnis des Generatorerregerstroms, der Generatordrehzahl und der Generatortemperatur. Der gelieferte Generatorstrom hängt zum einen vom Tastverhältnis der Erregermaschine, also vom Erregerstrom, ab, außerdem besteht eine Abhängigkeit von der Generatordrehzahl und schließlich eine relativ starke Temperaturabhängigkeit. Diese Parameter können nun aufgenommen werden, und mit Hilfe eines Generatorstromkennfelds kann der tatsächlich aufgenommene Bordnetzstrom bestimmt werden. Die Generatordrehzahl kann direkt oder indirekt über die Motordrehzahl sowie das Übersetzungsverhältnis zum Generator erfasst werden. Die Generatortemperatur lässt sich weiterhin direkt über ein Thermoelement oder indirekt durch Messung des Generatorerregerstroms ermitteln. Der Generatorerregerstrom kann über einen Stromsensor, z. B einen Shunt-Widerstand, oder rechnerisch ermittelt werden, wozu zunächst der Widerstand der Erregermaschinenwicklung bei einer bestimmten Temperatur, in einem zweiten Schritt der Widerstand bei einer Erwärmung der Erregerwicklung und schließlich der Erregerstrom anhand der bekannten Beziehung I = U/R ermittelt werden. Die indirekte Ermittlung des Bordnetzstroms ist gegenüber der direkten Messung über einen Shunt-Widerstand einfacher und mit deutlich kleineren Fehlern behaftet.
Zur Bestimmung des Batterieladestroms sind ebenso verschiedene Möglichkeiten denkbar, wobei hier eine direkte Messung über einen Stromsensor, insbesondere über einen Shunt-Widerstand, sinnvoll ist. Das Ergebnis der Batteriestrombestimmung kann dann beispielsweise an ein Steuergerät geliefert werden, welches für die Steuerung der Motorleerlaufdrehzahl verantwortlich ist.
Der aktuelle Verbraucherstrombedarf kann aus der Differenz des momentanen Bordnetzstroms und des momentanen Batterieladestroms berechnet werden. Diese Berechnung kann beispielsweise in dem um diese Funktionalität erweiterten Steuergerät zur Motorsteuerung stattfinden, wenn an dieses zusätzlich noch die Daten des Bordnetzstroms geliefert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die zur Bedarfsdeckung mindestens erforderliche Motordrehzahl mittels eines Generatormodells zu bestimmen. Bei der erfindungsgemäßen differenzierten Steuerung der Leerlaufdrehzahl ist natürlich ein sehr gutes und vor allem genaues Generatormodell erforderlich. Ein solches Generatormodell kann wiederum in dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors steuernden Steuergerät abgelegt sein. Ein derart ausgestaltetes Steuergerät zur Motorsteuerung sammelt und verarbeitet also die aufgenommenen Daten, berechnet noch fehlende Daten und bestimmt daraus die einzustellende Motordrehzahl.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung ferner ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor, ein die Drehzahl des Verbrennungsmotors steuerndes Steuergerät und einen Strom erzeugenden Generator zum Speisen eines oder mehrerer im Bordnetzstromkreis eingebundener Verbraucher, wobei Mittel zum Ermitteln des von dem oder den Verbrauchern aufgenommenen Bordnetzstroms bei Betrieb des Verbrennungsmotors und zum Bestimmen der über das Steuergerät einzustellenden minimalen Leerlaufdrehzahl, bei der keine oder eine definierte zulässige Batterieentladung eintritt, in Abhängigkeit des ermittelten aufgenommenen Bordnetzstroms vorgesehen sind, nach Patent ... (Patentanmeldung 102 57 024.8). Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass die Mittel eine Einrichtung zur Bestimmung des momentanen Batterieladestroms, zur Ermittlung des aktuellen Verbraucherstrombedarfs anhand des Bordnetzstroms und des Batterieladestroms und zur Bestimmung der einzustellenden Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit des Ermittlungsergebnisses umfassen.
Diese Mittel können weiterhin eine Einrichtung zur indirekten Ermittlung des Bordnetzstroms anhand des Tastverhältnisses des Generatorerregerstroms, der Generatordrehzahl und der Generatortemperatur sowie anhand eines Generatorstromkennfelds umfassen. Außerdem kann in die Mittel ein Stromsensor, insbesondere ein Shunt-Widerstand, zur Messung des Batterieladestrom integriert sein.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Mittel zur Berechnung des aktuellen Verbraucherstrombedarfs aus der Differenz des momentanen Bordnetzstroms und des momentanen Batterieladestroms ausgebildet sind. Darüber hinaus kann mit den Mitteln die Bestimmung der einzustellenden Motordrehzahl aus dem aktuellen Verbraucherstrombedarf mittels eines Generatormodells möglich sein. Dieses Generatormodell ist zweckmäßigerweise im die Drehzahl des Verbrennungsmotors steuernden Steuergerät abgelegt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
2 ein Flussdiagramm zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs und
3 eine graphische Darstellung des Bordnetzstroms bzw. des Generatorstroms in Abhängigkeit von der Motordrehzahl.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1 mit einem Verbrennungsmotor 2 mit zugeordnetem Generator 3, der zum einen eine Kraftfahrzeugbatterie 4, zum anderen verschiedene Verbraucher V₁, V₂ ...V_n im Verbraucherstromkreis 5 versorgt. Außerdem ist ein Steuergerät 6 vorgesehen, das mit dem Verbrennungsmotor 2 und dem Generator 3 verbunden ist. Dieses Steuergerät 6 stellt nicht nur die Leerlaufdrehzahl des Motors 2 ein, es kann vielmehr auch die Daten zum Bordnetzstrom und zum Batterieladestrom sammeln und verarbeiten und den aktuellen Verbraucherstrombedarf berechnen. Eine vorbestimmte zulässige Batterieentladung kann ebenfalls vorab im Steuergerät 6 definiert werden. Die zur indirekten Ermittlung des Bordnetzstroms nötigen Parameter Generatorerregerstrom, Generatordrehzahl und Generatortemperatur können ebenfalls im Steuergerät 6 aufgenommen und verarbeitet werden. Zweckmäßigerweise sind mögliche Mittel zur Berechnung des aktuellen Verbraucherstrombedarfs aus der Differenz des momentanen Bordnetzstroms und des momentanen Batterieladestroms sowie Mittel zur Bestimmung der einzustellenden Motordrehzahl aus dem aktuellen Verbraucherstrombedarf mittels eines Generatormodells standardmäßig in das Steuergerät 6 integriert, so dass dieses eine zentrale Rolle im Kraftfahrzeug erfüllt.
2 zeigt ein Flussdiagramm zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs. Dabei finden die Schritte a und b gleichzeitig statt. Zum einen wird der Bordnetzstrom indirekt über die Generatordrehzahl, die Generatortemperatur und das Erregertastverhältnis ermittelt. Durch Aufnahme dieser Parameter lässt sich anhand eines Generatorstromkennfelds der Bordnetzstrom bestimmen. Parallel dazu erfolgt im Schritt b die Ermittlung des Batterieladestroms. Dies geschieht am einfachsten direkt über einen Stromsensor, z. B. einen Shunt-Widerstand. Die in den Schritten a und b gleichzeitig ermittelten Daten gehen im Schritt c in die Berechnung des Verbraucherstrombedarfs ein. Dieser ergibt sich als Differenz des Bordnetzstroms zum Zeitpunkt t₁ und des Batteriestroms zum gleichen Zeitpunkt. Im Schritt d erfolgt dann ein Zugriff auf ein Generatormodell, das z. B. in einem Steuergerät zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl des Motors abgelegt sein kann. Ein leistungsfähiges Generatormodell ist entscheidend für die Qualität der Bestimmung der einzustellenden Leerlaufdrehzahl im letzten Schritt e.
3 stellt den Bordnetzstrom bzw. den Generatorstrom in Abhängigkeit von der Motordrehzahl dar. Eingetragen ist zum einen ein Grundverbrauch der Verbraucher, zum anderen der aktuelle Verbraucherstrombedarf. Diese beiden Größen sind konstant in der Motordrehzahl. Da die Stromlieferfähigkeit des Generators von der Temperatur abhängt, kommt es zu einer Auffächerung des Bordnetzstroms mit steigender Motordrehzahl. Die gestrichelte Kurve zeigt die Stromlieferfähigkeit des Generators zum aktuellen Zeitpunkt t₁. Außerdem ist der Betriebspunkt zu diesem Zeitpunkt eingetragen. Kommt es nun zu einem Rückfall von der aktuellen Motordrehzahl in den Leerlauf, so wird eine neue Leerlaufdrehzahl derart eingestellt, dass der Bordnetzstrom gerade dem aktuellen Verbraucherstrombedarf entspricht. Im dargestellten Fall ist diese neu einzustellende Leerlaufdrehzahl höher als die ursprüngliche Leerlaufdrehzahl. Durch die genaue Abstimmung auf den Verbraucherstrombedarf wird eine Zyklisierung der Batterie sicher verhindert und außerdem Kraftstoff gespart.

Claims

Verfahren zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs umfassend einen Strom erzeugenden Generator, über den ein oder mehrere im vom Generator versorgten Bordnetzstromkreis befindliche Verbraucher gespeist werden, wobei bei Betrieb des Motors der vom Generator von den Verbrauchern aufgenommene Bordnetzstrom ermittelt und in Abhängigkeit davon die einzustellende minimale Leerlaufdrehzahl ermittelt wird, bei der keine oder eine definierte zulässige Batterieentladung eintritt, nach Patent ... (Patentanmeldung 102 57 024.8 ), dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig der momentane Batterieladestrom erfasst und anhand des Bordnetzstroms und des Batterieladestroms der aktuelle Verbraucherstrombedarf ermittelt und in Abhängigkeit des Ermittlungsergebnisses die einzustellende Leerlaufdrehzahl bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Bordnetzstroms indirekt über das Tastverhältnis des Generatorerregerstroms, der Generatordrehzahl und der Generatortemperatur anhand eines Generatorstromkennfelds erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Batterieladestroms durch Messung über einen Stromsensor, insbesondere einen Shunt, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Verbraucherstrombedarf aus der Differenz des momentanen Bordnetzstroms und des momentanen Batterieladestroms berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Verbraucherstrombedarf mittels eines Generatormodells die zur Bedarfsdeckung mindestens erforderliche Motordrehzahl bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Generatormodell in einem die Drehzahl des Verbrennungsmotors steuernden Steuergerät abgelegt ist.
Kraftfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor, ein die Drehzahl des Verbrennungsmotors steuerndes Steuergerät und einen Strom erzeugenden Generator zum Speisen eines oder mehrerer im Bordnetzstromkreis eingebundener Verbraucher, wobei Mittel zum Ermitteln des von dem oder den Verbrauchern (V₁, V₂, ...,V_n) aufgenommenen Bordnetzstroms bei Betrieb des Verbrennungsmotors (2) und zum Bestimmen der über das Steuergerät (6) einzustellenden minimalen Leerlaufdrehzahl, bei der keine oder eine definierte zulässige Batterieentladung eintritt, in Abhängigkeit des ermittelten aufgenommenen Bordnetzstroms vorgesehen sind, nach Patent ... (Patentanmeldung 102 57 024.8 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine Einrichtung zur Bestimmung des momentanen Batterieladestroms, zur Ermittlung des aktuellen Verbraucherstrombedarfs anhand des Bordnetzstroms und des Batterieladestroms und zur Bestimmung der einzustellenden Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit des Ermittlungsergebnisses umfassen.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine Einrichtung zur indirekten Ermittlung des Bordnetzstroms anhand des Tastverhältnisses des Generatorerregerstroms, der Generatordrehzahl und der Generatortemperatur sowie anhand eines Generatorstromkennfelds umfassen.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel einen Stromsensor, insbesondere einen Shunt, zur Messung des Batterieladestroms umfassen.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Berechnung des aktuellen Verbraucherstrombedarfs aus der Differenz des momentanen Bordnetzstroms und des momentanen Batterieladestroms ausgebildet sind.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bestimmung der einzustellenden Motordrehzahl aus dem aktuellen Verbraucherstrombedarf mittels eines Generatormodells ausgebildet sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Generatormodell im die Drehzahl des Verbrennungsmotors steuernden Steuergerät abgelegt ist.