Es ist bekannt, dass die Zuschaltung eines elektrischen Verbrauchers mit einer hohen elektrischen Leistung in dem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs eine starke Belastung des Generators zur Folge hat. Da die Zuschaltung des elektrischen Verbrauchers zu einem Spannungseinbruch in dem Bordnetz führt, versucht ein dem Generator zugeordneter Spannungsregler durch Erhöhung des Erregerstroms des Generators die von dem Generator abzugebende Leistung zu erhöhen. Dadurch wird aber das von dem Generator verursachte bremsende Moment derart erhöht, dass insbesondere bei einer geringen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine ein störender Einbruch der Drehzahl auftreten kann. Damit ein solcher Drehzahleinbruch möglichst klein gehalten wird, werden bei Einrichtungen, die eine sogenannte Load Response Einrichtung aufweisen, Maßnahmen vorgesehen, die verhindern, dass der Generator zu stark belastet wird. Dadurch wird auch verhindert, dass bei der Verbrennungskraftmaschine ein Drehzahleinbruch auftritt. Da jedoch die benötigte elektrische Leistung nicht mehr bereitgestellt werden kann, kann jetzt ein unerwünschter Spannungseinbruch auftreten.

Einer derartigen Drehzahländerung kann, wenigstens in bestimmten Betriebszuständen, beispielsweise dadurch entgegengewirkt werden, dass ein ausreichendes Überschussmoment vorgehalten wird. Dies führt jedoch in nachteiliger Weise zu einer Verbrauchserhöhung. Weiterhin kann die Generatorausregelung definiert verlangsamt werden. Dies kann jedoch in nachteiliger Weise zu einer Vergrößerung der Schwankungen der Bordnetzspannung führen. Derartige Schwankungen sind jedoch unerwünscht, da sie

die Lebensdauer der Batterie nachteilig beeinflussen und spannungsempfindliche Bauelemente schädigen können. Weiterhin könnte ein zusätzlicher Verbraucher definiert über Rampen zugeschaltet werden. Dies erfordert jedoch einen größeren schaltungstechnischen Aufwand und führt daher zu höheren Erzeugniskosten. Bei allen erwähnten Alternativen ist eine optimale Anpassung an das tatsächlich verfügbare Überschussmoment nicht ohne weiteres möglich.

Aus DE 39 31 897 Al ist ein Verfahren zur Spannungsregelung für Generatoren bei Kraftfahrzeugen bekannt, bei dem in einem ersten Zeitintervall die Generatorausgangsspannung auf einen maximalen Wert eingestellt wird, damit unabhängig von der Umgebungstemperatur eine zuverlässige Aufladung der Fahrzeugbatterie erfolgt.

In einem zweiten Zeitintervall wird die Generatorausgangsspannung nach einer bekannten Methode, üblicherweise in Abhängigkeit von der Batterietemperatur, geregelt. Dabei erfolgt die Festlegung des ersten Zeitintervalls in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie.

Darstellung der Erfindung Die erfindungsgemäße Lösung schafft eine Möglichkeit, im Betrieb der Einrichtung die Ausregelgeschwindigkeit der Spannungslage an die tatsächliche Geschwindigkeit der Momentenbereitstellung anzupassen. Dazu wird eine koordinierende Einheit vorgesehen, die festlegt, auf welche Weise einzelne Größen eingestellt und verändert werden, um eine optimale Regelung zu erhalten. Das erfindungsgemäße Regelungskonzept ermöglicht es dieser koordinierenden Einheit, Extremzustände, wie eine Spannungsregelung bei starken Momentänderungen, eine Momentenregelung bei starken Spannungsschwankungen, sowie beliebige Zwischenzustände einzustellen. Letztlich führt dies zu einer Adaption der Dynamik des Generators an die tatsächlich mögliche Motordynamik.

Die Größen Spannung und Moment werden parallel betrachtet. Die Generatorregelung lässt sich dabei in drei Bereiche einteilen.

Der erste Bereich bezieht sich auf eine Spannungsregelung in dem unmittelbaren Umfeld der Sollspannung und bei Änderungen des Bremsmoments nur bis zum eingestellten Überschussmoment.

Der zweite Bereich betrifft die Situation, dass der Generator die Last-und Spannungsänderung mit dem verfügbaren Überschussmoment nicht ausregeln kann, die Spannungsabweichung aber gerade noch innerhalb der zulässigen Grenzen liegt. Der Begrenzungswert (Überschussmoment) kann dabei innerhalb der Möglichkeiten des Momentenaufbaus in einem beliebigen Verlauf geändert werden. Je nach Zielsetzung können dabei verschiedene Strategien realisiert werden.

Der dritte Bereich betrifft die Situation, dass die Bordnetzspannung außerhalb der zulässigen Grenzen liegt. In diesem Fall hat die Spannungsregelung die höchste Priorität.

Die Grenzen der genannten Bereiche lassen sich dabei zweckmäßig, im Sinne einer optimalen Anpassung, auch noch beliebig verschieben.

Zeichnung Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Es zeigt : Figur 1 ein erstes Blockschaltbild eines einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Einrichtung mit einem Generator und einem Bordnetz umfassenden Systems, Figur 2 ein zweites Blockschaltbild mit Funktionsmodulen für die Regelung des Generators, Figur 3 ein drittes Blockschaltbild mit Darstellung von Regelungsbereichen, Figur 4 in einem Diagramm diverse Kurvenverläufe.

Ausführungsvarianten Figur 1 zeigt ein erstes Blockschaltbild eines einen Verbrennungsmotor und eine Einrichtung mit einem Generator und einem Bordnetz umfassenden Systems 1.

Schematisch dargestellt sind verschiedene Funktionsmodule und die funktionalen Zusammenhänge zwischen diesen Funktionsmodulen. Mit Bezugsziffer 10 ist ein

Verbrennungsmotor, mit Bezugsziffer 11 eine diesem Verbrennungsmotor zugeordnete elektronische Motorsteuerung bezeichnet. Mit Bezugsziffer 12 ist ein elektrischer Generator bezeichnet, der eine elektrische Maschine 12A und einen Regler 12B umfasst.

Die elektrische Maschine 12A wird von dem Verbrennungsmotor 10 angetrieben und wandelt die von dem Verbrennungsmotor 10 erzeugte mechanische Energie in die für ein elektrisches Bordnetz benötigte elektrische Energie um. Das lediglich schematisch dargestellte Bordnetz ist mit Bezugsziffer 13 bezeichnet. Weiterhin umfasst das System 1 ein Funktionsmodul Batteriemanagement, das die Bezugsziffer 14 trägt. Das Bordnetz 13 und der Generator 12 sind über den Laststrom 1-Last verknüpft. Bei Zuschaltung eines starken elektrischen Verbrauchers in dem Bordnetz 13, beispielsweise einer Heckscheibenheizung im Winter, tritt eine große zeitliche Änderung dILast/dt des Laststroms I Last auf und somit wird eine starke Belastung des Generators 12 ausgelöst.

Die starke zeitliche Änderung des Laststroms, in diesem Fall ein starker Anstieg des Laststrom 1-Last, führt zu einem Einbruch der von der elektrischen Maschine 12A abgegebenen Spannung U_Gen. Die elektrische Maschine 12A und der Regler 12B sind über die Größen Spannung U Gen und Erregerstrom I Err miteinander verknüpft. Sobald der Regler 12B den Abfall der Spannung U Gen erfasst, versucht er durch Steuerung und entsprechende Erhöhung des Erregerstroms I Err die von dem Generator 12 abgegebene Leistung zu erhöhen. Dadurch wird jedoch das von dem Generator 12 verursachte bremsende Moment ebenfalls vergrößert. Der Verbrennungsmotor 10 und der Generator 12 sind über die Größen Moment M und Drehzahl n, sowie deren zeitliche Änderungen dM/dt beziehungsweise dn/dt miteinander verknüpft. Die durch den Regler 12B ausgelöste Erhöhung des Erregerstroms I Err und der damit bewirkte Anstieg des bremsenden Moments M des Generators 12 wirken sich auf die Drehzahl n des Verbrennungsmotors 10 aus. Besonders bei geringen Drehzahlen n des Verbrennungsmotors 10 kann es so zu einem unerwünschten Drehzahleinbruch kommen. Die erfindungsgemäße Lösung schafft nun eine Möglichkeit, im Betrieb des zuvor beschriebenen Systems 1 die Ausregelgeschwindigkeit der Spannung an die tatsächliche Geschwindigkeit der Momentenbereitstellung anzupassen Figur 2 zeigt ein zweites Blockschaltbild, in dem diverse Funktionsmodule für die Regelung des Generators 12 und deren Zusammenwirken schematisch dargestellt sind. Der Generator 12 umfasst die elektrische Maschine 12A und einen Regler 12B. Mit

Bezugsziffer 13 ist ein das elektrische Bordnetz repräsentierendes Funktionsmodul bezeichnet. Das Funktionsmodul 20 repräsentiert den Triebstrang des Fahrzeugs. Mit Bezugsziffer 21 ist wenigstens ein Steuergerät bezeichnet, das die funktionalen Abläufe bei der Regelung des Generators 12 koordiniert. Mit den in Figur 2 dargestellten Pfeilen und Doppelpfeilen sind die funktionalen Verknüpfungen angedeutet, die zwischen den einzelnen Baugruppen und Funktionsmodulen bestehen.

Der Kern der Erfindung besteht darin, eine elektrische Einrichtung mit einem Generator zu schaffen, bei der eine außerordentlich flexible Regelung des Generators ermöglicht wird, um eine möglichst hohe Spannungskonstanz und große Betriebssicherheit sicherzustellen.

Dazu sind erfindungsgemäß verschiedene Regelungsbereiche vorgesehen, die eine optimale Regelungsstrategie ermöglichen. Dies wird anhand von Figur 3 erläutert, die ein drittes Blockschaltbild mit Darstellung von Regelungsbereichen zeigt.

In dieser Darstellung wird wiederum auch die Wechselwirkung zwischen dem Bordnetz (Funktionsmodul 13 in Figur 2) und dem Triebstrang (Funktionsmodul 20 in Figur 2) verdeutlicht. Insgesamt lassen sich im Wesentlichen drei Typen von Regelungsbereichen charakterisieren, die ggf. nochmals unterteilt sind. In einem ersten Bereich 30, der in dem unmittelbaren Umfeld der Sollspannung U Soll liegt, ist eine Spannungsregelung vorgesehen. Sofern dabei Änderungen des Moments M auftreten, sind diese bis zu einem vorgebbaren Grenzwert, dem Überschussmoment MÜberschuss, zugelassen. An diesen ersten Regelungsbereich (Bereich 30) schließt sich ein Regelungsbereich (Bereiche 31,32) an, in dem der Generator 12 auftretende Last-und Spannungsänderungen mit dem zur Verfügung stehenden, vorgebbaren Überschussmoment MÜberschuss nicht ausregeln kann, wobei aber die auftretende Spannungsabweichung noch innerhalb eines zulässigen Spannungsbereichs liegt. Dabei wird der zulässige Spannungsbereich durch die vorgebbaren Grenzwerte UH und UL bestimmt. In einem dritten Regelungsbereich (Bereiche 33,34) schließlich liegt eine Situation vor, dass die Spannung des Bordnetzes 13 außerhalb des zulässigen Spannungsbereichs liegt, also den oberen Grenzwert UH überschreitet oder den unteren Grenzwert UL unterschreitet.

Figur 4 zeigt in einem Diagramm diverse Kurvenverläufe anhand derer im Folgenden die Funktionsweise der elektrischen Einrichtung 1 erläutert wird. Über einer Zeitachse 43 sind

Kurven aufgetragen, die bestimmte Größen als Funktion der Zeit T darstellen. In dem Kurvenverlauf 42 ist der Laststrom 1-Last als Funktion der Zeit T dargestellt. Weiterhin ist in dem Kurvenverlauf 41 das Moment M als Funktion der Zeit T dargestellt. Schließlich ist in dem Kurvenverlauf 40 die Generatorspannung U Gen als Funktion der Zeit T dargestellt. Zusätzlich sind in dem Bereich des die Generatorspannung repräsentierenden Kurvenverlaufs noch besondere Spannungswerte hervorgehoben, nämlich ein Sollwert Soll, ein Minimalwert UL und ein Maximalwert UH. Dabei liegt der Sollwert U Soll zwischen den genannten Extremwerten UH und UL. Zunächst wird das Zeitintervall zwischen einem Zeitpunkt TO und einem Zeitpunkt Tl betrachtet. Die Kurve 42 zeigt, dass der Laststrom ILast ein bestimmtes Niveau aufweist und in nur vergleichsweise engen Grenzen schwankt, was auf eine im Wesentlichen konstante Belastung des Bordnetzes 13 hindeutet. Die die Generatorspannung U Gen repräsentierende Kurve 40 zeigt, dass die Generatorspannung U Gen im Wesentlichen konstant ist, das Sie in dem betrachteten Zeitintervall TO-T1 auf ihren Sollwert U Soll geregelt wird. Auch der das Moment M repräsentierende Kurvenverlauf 41 zeigt relativ geringe Schwankungen des Moments M, da bereits geringe Momentänderungen ausreichen, um die Schwankungen des Laststroms I Last zu kompensieren. Das Intervall TO-T1 entspricht somit dem oben schon erwähnten ersten Bereich der Regelung, in dem eine Spannungsregelung in dem unmittelbaren Umfelde der Sollspannung U_Soll stattfindet und bei dem Änderungen des Moments M bis zu einem vorgebbaren Überschussmoment zugelassen werden.

Wie die Kurve 40 zeigt, steigt der Laststrom I Last zum Zeitpunkt T1 stark an, weil ein elektrischer Verbraucher mit einer hohen Leistungsaufnahme zugeschaltet worden ist und das Bordnetz 13 belastet. Wie die Kurve 40 zeigt, hat diese starke Belastung einen Spannungseinbruch zur Folge. Die Generatorspannung sinkt unter die Sollspannung U Soll und nähert sich dem unteren Grenzwert UL. Hier liegt der zweite Bereich der Regelung vor, bei dem der Generator 12 die Last-und Spannungsänderung mit dem vorgebbaren und zur Verfügung stehenden Überschussmoment nicht mehr ausregeln kann, die Abweichung der Generatorspannung aber gerade noch innerhalb der zulässigen Grenzwerte UH und UL liegt. Um die Laständerung und die damit verbundene Spannungsabweichung zu kompensieren, ist eine Zunahme des Moments M vorgesehen und es wird von Spannungsregelung auf Momentenregelung übergegangen. Das Moment M steigt auf einen höheren Wert an, bis zum Zeitpunkt T2 ein Wert des Moments M erreicht ist, der zur Kompensation der Laständerung ausreicht. In diesem Zeitpunkt T2 hat

die Generatorspannung U Gen wieder ihren Sollwert U_Soll erreicht und es wird wieder eine Spannungsregelung durchgeführt. Die Erfindung ermöglicht hierbei eine außerordentlich flexible Anpassung an schwierige Betriebssituationen, um einerseits Laständerungen schnellstmöglich zu kompensieren und dabei eine möglichst hohe Spannungskonstanz zu gewährleisten. Dadurch werden eine hohe Zuverlässigkeit des Bordnetzes und eine größtmögliche Schonung spannungsempfindlicher Komponenten erreicht. Gemäß unterschiedlichen Ausführungsvarianten der Erfindung können für die Regelung des Moments in dem Bereich der Momentenregelung unterschiedliche Strategien eingesetzt werden. So kann in einer ersten Ausführungsvariante das Moment M linear ansteigen, wobei der Anstieg mit unterschiedlichen Steigungen realisierbar ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann für den Anstieg des Moments M eine komplexere, nicht lineare Abhängigkeit vorgesehen werden, wobei auch noch dynamische Anpassungen an die jeweilige Situation möglich sind, um ein optimales Ergebnis zu erzielen. Beispielsweise kann das Moment M nach einer Funktion F=F (T, P) verändert werden, wobei T die Zeit und P ein Betriebsparameter der Einrichtung bedeuten. In einer weiteren Ausführungsvariante kann eine funktionale Abhängigkeit des Moments von Einflussgrößen auch durch ein entsprechendes Kennfeld K realisiert werden, bei dem ein bestimmter Wert des Moments M entsprechenden Werten einer oder mehrerer Einflussgrößen zugeordnet ist.

Wie der Verlauf des Laststroms 1-Last gemäß Kurve 42 in Figur 4 zeigt, fällt der Lastrom I Last zum Zeitpunkt T3 stark ab. Beispielsweise wurde ein leistungsstarker elektrischer Verbraucher von dem Bordnetz 13 abgeschaltet. Aus dem Verlauf der Kurve 40 ist ersichtlich, dass infolgedessen die Generatorspannung U_Gen stark ansteigt und sogar den Maximalwert UH übersteigt. Hier liegt jetzt der oben schon kurz erwähnte dritte Bereich vor, bei dem die Generatorspannung und damit die Bordnetzspannung außerhalb der zulässigen Grenzen UH, UL liegt. Bei dieser Situation hat die Spannungsregelung die höchste Priorität, da spannungsempfindliche Bauelemente oder Baugruppen stark gefährdet sind. Wie Kurve 41 zeigt wird daher zunächst dafür gesorgt, dass das Moment M auf einen entsprechend niedrigen Wert reduziert wird, um eine schnellstmögliche Spannungsabsenkung auf einen unkritischen Wert zu erreichen. Dies ist etwa zum Zeitpunkt T4 der Fall, bei dem die Spannung den Maximalwert UH wieder erreicht oder unterschreitet. Zu diesem Zeitpunkt T4 setzt wieder eine Momentenregelung ein, bis das zu hohe Moment auf ein für die niedrigeren Leistungsanforderungen hinreichendes

niedrigeres Niveau abgesenkt ist und die Spannung ihren Sollwert U Soll wieder erreicht hat. Dies ist etwa ab dem Zeitpunkt T5 der Fall. Ab diesem Zeitpunkt wird wieder auf eine Spannungsregelung übergegangen.

Anhand der Kurvendarstellung in Figur 4 wurde eine Situation erläutert, bei der ein Anstieg der Spannung über den Maximalwert hinaus stattgefunden hat. Ein analoger Regelungsvorgang liefe bei einer Unterschreitung des Minimalwerts UL der Spannung ab.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung können die Werte U_Soll, UH, UL, sowie die Grenzen zwischen den beiden Regelungsarten Momentenregelung und Spannungsregelung und die Breite der Bereiche, in denen die jeweilige Regelungsart dominiert, applikationsspezifisch vorgegeben werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung, ist es jedoch auch möglich, wenigstens einige der genannten Größen auch noch während des Fahrbetriebs eines mit der elektrischen Einrichtung ausgestatteten Fahrzeugs dynamisch anzupassen. So können beispielsweise die Grenzen (siehe Darstellung in Figur 3), bei denen zwischen Spannungsregelung und Momentenregelung umgeschaltet wird, von Betriebskenngrößen der Einrichtung oder des Fahrzeugs abhängig gestaltet werden. Eine derartige Abhängigkeit kann zweckmäßig durch entsprechende Kennfelder realisiert werden.

Entsprechend können auch die Breiten der Bereiche, in denen eine Spannungs-oder Momentenregelung stattfinden soll, oder die Übergangsstellen zwischen diesen Bereichen, variabel gestaltet werden. Diese Ausführungsvariante der Erfindung zeichnet sich durch eine besonders große Flexibilität aus.

Bezugszeichenliste 1 System 10 Verbrennungsmotor 11 Motorsteuerung 12 Generator 12A Maschine 12B Regler 13 Bordnetz 14 Batterie 20 Triebstrang 21 Steuergerät 30 Bereich 31 Bereich 32 Bereich 33 Bereich 34 Bereich 40 Kurve Spannungsverlauf 41 Kurve Momentenverlauf 42 Kurve Lastromverlauf 43 Zeitachse M Moment M_Überschuss Überschussmoment n Drehzahl T Zeit TO Zeit T1 Zeit T2 Zeit T3 Zeit T4 Zeit T5 Zeit dM/dt zeitliche Änderung von M

dn/dt zeitliche Änderung von n U_Gen Generatorspannung U_Soll Sollspannung UH Maximalwert der Spannung UL Minimalwert der Spannung I_Err Erregerstrom 1-Last Laststrom dILast/dt zeitliche Änderung von 1