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技術 特に自動車用の駆動システム及びこの駆動システムを駆動する方法

出願人 イーエスアーデー・エレクトロニク・ジステームス・ゲーエムベーハー・ウント・コンパニ・カーゲー
発明者 ペルス,トーマス
出願日 1998年3月6日 (22年11ヶ月経過) 出願番号 1998-538179
公開日 2002年4月9日 (18年10ヶ月経過) 公開番号 2002-511122
状態 未査定
技術分野 発電機による充電制御 発電機の制御 車両用機関または特定用途機関の制御
主要キーワード 騒音負荷 回転数測定装置 ケーブルツリー PI特性 固有回転 前置抵抗 制御導線 出力消費
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課題・解決手段

本発明は、特に自動車用の、駆動システムとそれを駆動する方法に関する。本発明は特に、駆動エンジン(5)、特に内燃機関と;駆動エンジン(5)と結合されて、1つまたは複数の電気的な負荷(2)に給電するために用いられる、少なくとも1つのジェネレータ(1)と;1つまたは複数の電気的な負荷(2)が接続された場合に、駆動エンジン(5)にジェネレータ(1)の遅延されて増加する制動トルクのみが供給されるようにする、制御システムとを備えた、駆動システムを教示している。

概要

背景

概要

本発明は、特に自動車用の、駆動システムとそれを駆動する方法に関する。本発明は特に、駆動エンジン(5)、特に内燃機関と;駆動エンジン(5)と結合されて、1つまたは複数の電気的な負荷(2)に給電するために用いられる、少なくとも1つのジェネレータ(1)と;1つまたは複数の電気的な負荷(2)が接続された場合に、駆動エンジン(5)にジェネレータ(1)の遅延されて増加する制動トルクのみが供給されるようにする、制御システムとを備えた、駆動システムを教示している。

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請求項1

駆動エンジン(5)、特に内燃機関と;−駆動エンジン(5)と結合され、1つまたは複数の電気的な負荷(2)の給電に用いられる、少なくとも1つのジェネレータ(1)と;−1つまたは複数の電気的な負荷(2)が接続された場合に、駆動エンジン(5)へのジェネレータ(1)の制動トルク遅延させて増加させる制御システムと;を有する、特に自動車用の、駆動システム。

請求項2

多数の電気的な負荷(2)が接続された場合に、制動トルクの遅延した増加が、制御システムが1つまたは複数の接続すべき負荷(2)を時間的に順次接続することによって得られる、請求項1に記載の駆動システム。

請求項3

制動トルクの遅延された増加が、1つまたは複数の接続すべき負荷(2)が遅延されて増加する出力取入れで接続されることによりもたらされる、請求項1または2に記載の駆動システム。

請求項4

制動トルクの遅延された増加は、電気的な負荷(2)がスイッチオン指令後に時間的な遅延をもって接続され、ジェネレータ(1)がスイッチオン指令から接続までのタイムインターバル内でゆっくりと増加する制動トルクをもたらし、その制動トルクの最終値が接続後の制動トルクにほぼ一致することによってもたらされ、その場合に前記タイムインターバル内で発生した電気的なエネルギ蓄積装置(12)または他の負荷に供給される、請求項1から3のいずれか1項に記載の駆動システム。

請求項5

制動トルクの遅延された増加は、電気的な負荷(2)がその接続後にまず全部または部分的にエネルギ蓄積装置(12)から給電され、ジェネレータ(1)による給電の割合が徐々に増大することによりもたらされる、請求項1から3のいずれか1項に記載の駆動システム。

請求項6

制御システムは、1つまたは複数の負荷がスイッチオンされた場合にさらに、駆動エンジン(5)からより大きい駆動トルクを発生させるようにする、請求項1から5にのいずれか1項に記載の駆動システム。

請求項7

負荷(2)の接続を制御する情報が、バスシステム(13)を介して負荷(2)へ達する、請求項1から6のいずれか1項に記載の駆動システム。

請求項8

駆動エンジン(5)と、1つまたは複数の負荷(2)に給電するジェネレータ(1)とを有する駆動システム、特に請求項1から7に記載の駆動システムを駆動する方法であって、1つまたは複数の負荷(2)がスイッチオンされた場合に、駆動エンジン(5)にジェネレータ(1)の遅延されて増加する制動トルクが供給される、駆動システムを駆動する方法。

請求項9

−駆動エンジン(5)、特に内燃機関と;−駆動エンジン(5)と結合されて、1つまたは複数の電気的な負荷(2)に給電するために用いられるジェネレータ(1)と;−車両駆動装置が特別な出力を必要とする場合に、ジェネレータ(1)の制動トルクを減少させ、あるいは完全に無効にする、制御システムと、を有する、特に請求項1から7のいずれか1項に記載の駆動システム。

請求項10

制動トルクの減少が、1つまたは複数の負荷(2)がスイッチオフされることによりもたらされる、請求項9に記載の駆動システム。

請求項11

制動トルクの減少が、1つまたは複数の負荷(2)に一時的にエネルギ蓄積装置(12)から給電されることによりもたらされる、請求項9または10に記載の駆動システム。

請求項12

種々の負荷(2)がエネルギ蓄積装置(12)の充電状態に従って、予め定められた負荷優先権に基づく順序で部分的に、あるいは完全にオフにされる、請求項11に記載の駆動システム。

請求項13

駆動エンジン(5)と、1つまたは複数の電気的な負荷(2)に給電する少なくとも1つのジェネレータ(1)とを有する、特に請求項8に記載の駆動システムを駆動する方法であって、駆動エンジン(5)によってもたらすべき出力が特別に必要になった場合に、ジェネレータ(1)の制動トルクが減少され、あるいは完全に無効にされる、駆動システムを駆動する方法。

0001

本発明は、特に自動車用の、駆動システム及びこの駆動システムを駆動する方
法に関する。

0002

自動車駆動エンジンは、本来の車両駆動の他に付加装置の駆動並びに駆動エ
ジンに結合されたジェネレータを用いて電気的なエネルギの発生にも用いられ
る。電気的なエネルギは、部分的に比較的高い出力消費を有する多様な負荷に給
電するために用いられる。それに数えられるのは、特に、窓ガラス加熱、客室
熱、シート加熱および触媒加熱のような加熱装置空調コンプレッサ並びにたと
えば電気的に操作される操舵装置と電気的に操作されるブレーキのための高出力
駆動装置である。アイドリングにおいては、駆動エンジンは車両駆動には用いら
れない。駆動エンジンはむしろ、その固有回転のためにすべき作業を行い、その
他に機械的な補助装置並びにジェネレータを駆動するだけでよい。燃料消費、有
物質放出および騒音発生を低く抑えるために、アイドリング回転数は一般にで
きるだけ低く、特に最小回転数の上ぎりぎりに選択されている。エンジンが回転
むらを生じないこと、あるいは止まったままにならないことを保証するためには
、この最小回転数を短期間でも下回ってはならない。この駆動状態において、内
機関はきわめてわずかな予備出力しか持たない。

0003

大きい出力の電気的な負荷をスイッチオンすることは、車両電気系統(あるい
は負荷に給電する他の電気系統)において突然に電圧降下する。さらに、一定の
出力に制御されるジェネレータにおいて、励磁電流が突然に上昇し、それによっ
て同様にジェネレータから内燃機関に作用する制動トルクが突然に増加する。こ
れによっても、内燃機関のアイドリング回転数が低下する。

0004

従来のアイドリング回転数制御は、この種の低下にいわゆる充填介入および/
または点火介入によって対処しようとしている(自動車技術ハンドブック(Kr
aftfahrtechnishes Handbuch/Bosch、第21
版/1991、第466ページを参照)。充填介入の場合には、回転数が低下す
る際に、より大きい量の燃料が供給されて、それによって内燃機関により与えら
れるトルクが増大される。しかしこの種類の介入においては、増大したトルクが
供給されるまでに、比較的長くかかる。従って制御は緩慢である。点火介入の場
合には、回転数低下時点火時点を「遅」から「進」へ調節することによって対
処し、それも同様にトルクが増加する。この種類の介入は、ずっと急速であるが
、回転数が低下した場合に「進」の方向へ点火時点を調節するための余裕を十分
に持つためには、内燃機関をアイドリングにおいて恒久的に遅い点火時点で駆動
しなければならないという欠点がある。2つの解決策は原則的には機能するが、
最適であると見なすことはできない。すなわち、比較的緩慢な充填介入の場合に
、一時的に最小回転数を下回ることを防止するためには、特にアイドリング回転
数を最小回転数のかなり上方に選択しなければならない。点火介入の場合には、
内燃機関は点火時点の遅れ調節が必要であることにより、減少された効率でしか
回転しない。従って2つの解決策は、一定のアイドリング条件に比較して増大さ
れた燃料消費と有害物質放出をもたらす。

0005

本発明の目的は、上述した欠点のない、改良された駆動システムを提供するこ
とである。それに応じた方法も、本発明に属している。

0006

この課題は、請求項1に基づく装置において、次のものを有する、特に自動車
用の駆動システムによって解決される。

0007

駆動エンジン、特に内燃機関、

0008

駆動エンジンと結合され、1つまたは複数の電気的な負荷に電気的なエネルギ
を供給するために用いられるジェネレータ、

0009

1つまたは複数の電気的な負荷がスイッチオンされた場合に、燃焼エンジン
加わるジェネレータによる制動トルクを低速でのみ増加させる制御システム。

0010

そして特に、制動トルクの増加の遅延は好ましくは、内燃機関も(緩慢な)充
填介入によってそれに応じて駆動トルクが増加するので、その結果内燃機関の回
転数がスイッチオンにより実際には減少しない。なお、「スイッチオン」という
のは、スイッチオンするための指令であって、それはたとえばスイッチオンキー
の操作により、あるいはたとえばサーモスタットのような制御装置によっても発
生させることができる。負荷の実際の作業開始はそれに対して遅延される場合が
あり、従って作業開始はスイッチオンと区別するために「接続」と称する。さら
に、「スイッチオン」と「接続」は、たとえば「オンオフ切換えプロセス」だけ
でなく、各出力遅延、従ってたとえば電気的な暖房においては、より小さい加熱
段階からより大きい加熱段階への移行も示している。「遅延された増加」という
のは、1つまたは複数の負荷を直接接続した場合に(たとえばパワー電流のため
のスイッチオン接点を単純に閉成することにより)生じる増加よりも、時間の関
数として急峻さが少ない制動トルクの増加のことである。好ましくはこの増加は
、制動トルクが0.5−5秒後に実際に新しい終端値(すなわちたとえば少なく
ともその97%)に達するように、遅延される。

0011

アイドリング制御を改良するための公知の提案は、突然外乱量が変化(ここで
は制動トルクの増大)した場合に、できるだけ迅速に反応して、それによってア
イドリング回転数目標値からのずれをできるだけ小さく抑えるようにすることを
目的としているが、本発明は他の方法を取る。そして特に、本発明においては、
制御器をより高速にするのではなく、外乱量変化を低速化する。それによってま
た、目標回転数からのずれを小さく抑える、比較的緩慢な制御も可能にする。結
果として本発明においては、充填介入(点火介入なし)のような、比較的緩慢な
制御を使用することができ、その場合にアイドリング回転数を最小回転数の上方
へ高くすることは不用である。アイドリング回転数の目標値は、むしろ、最小回
転数の上ぎりぎりに選択することができる。

0012

ジェネレータの全制動トルクを遅延してのみ使用することは、アイドリングに
おいて好ましいだけでなく、駆動状態においても効果的である。特に下方の部分
負荷領域においては、出力の大きい負荷の突然の接続が、煩わしいトルクの落込
みとなって気付かれる場合がある。本発明に基づく駆動システムにおいては、こ
の種の突然のトルク低下を防止することができる。

0013

本発明は、従来の駆動システムに比較して、より低いアイドリング回転数を許
容し、それによって、

0014

より少ない燃料消費、

0015

より少ない排ガス放出および

0016

より少ない騒音負荷
を可能にする。従って本発明は、環境保護と少ないリソースの有効な使用に貢献
する。

0017

制動トルクの低速化された増加は、種々の方法で実現することができる。特に
簡単で好ましい構成においては、制御システムは、多数の負荷が同時にスイッチ
オンされた場合に、これらが、少なくともそのうちの多数が時間的に互いにずれ
て接続される(請求項2)ようにする。それによって(全)制動トルクの段階的
な増加が得られる。

0018

他の好ましい構成は、接続すべき電気的な負荷がゆっくりと増加する出力取入
れにより接続される(請求項3)ことに基づいている。これは、たとえば多数の
並列に接続された部分負荷からなる負荷において、部分負荷を時間的にずれてス
イッチオンすることにより行うことができる。たとえば窓ガラス加熱の場合に、
並列に接続された個々のヒーティングワイヤを個別に切換え可能に形成し、順次
スイッチオンすることができる。これは原理的に、上述した多数の異なる負荷を
ずらして接続することに相当する。低速で増加する出力取入れの他の方法は、た
とえば負荷の前段可変前置抵抗を接続することにあり、その前置抵抗はスイ
ッチオン後にその値をゆっくりと減少させるように制御される。そのためにたと
えばパワーセミコンダクタが使用される。そして他の方法は、電気的な負荷に可
変の電圧を供給することにあり、その電圧の値がスイッチオン後にゆっくりと増
加する。これはたとえばいわゆるチョッパーによって、従ってたとえばパワーセ
コンダクタスイッチを用いたパルス周波数変調またはパルス幅変調によって得
ることができる。たとえばパルス幅変調の場合に、最初は設定されている周波数
パルスが負荷のスイッチオン直後には短く、そしてまただんだんと長くなる。
パルス周波数が十分に高い場合には、負荷の固有インダクタンスまたは付加イン
ダクタンスがパルスを平均し、それによって均一に増加する電圧推移をもたらす
。この種のチョッパーは、それぞれ比較的大きい負荷にローカルに対応すること
ができる。

0019

低速で増加する制動トルクを得る他の好ましい方法は、付加を衝撃的に増加す
る出力で接続するが、それをスイッチオン指令に比べて遅延して行うことにある
。その場合にはスイッチオン指令と遅延された接続との間のタイムインターバル
内で電気的な機械は、ゆっくりと増加する制動トルクを発生させ、その制動トル
クの最終値が突然の接続後の制動トルク値に相当するように制御される。付加の
接続と同期して、他の付加への給電が衝撃的に終了される。このタイムインター
バル内に発生された電気的なエネルギは、たとえばエネルギ蓄積装置または他の
負荷へ供給される(請求項4)。エネルギ蓄積装置は、たとえば電気的な蓄積
置であって、たとえば従来のスタータバッテリまたは短時間蓄積装置、たとえば
コンデンサバッテリであり、あるいは振動質量蓄積装置である。他の負荷は、た
とえばこのために設けられた発熱抵抗とすることができる。同様に、たとえばリ
ウィンドウ暖房のように、すでに設けられている負荷をこのために利用するこ
とも可能である。

0020

たとえば照明や電気的なブレーキのように、安全上重要な負荷の場合には、一
般にスイッチオン時点で即座に応答することが望ましい。特にこの種の負荷にお
いては、低速で増加する制動トルクを得るための他の好ましい方法は、電気的な
負荷は好ましくはスイッチオン時点で時間遅延なしにその全出力で接続されるが
、最初は全部あるいは部分的に蓄積装置から給電され、そしてジェネレータによ
る給電の割合が制御システムにより徐々に増大されることにある(請求項5)。
蓄積装置は、たとえばスタータバッテリであり、あるいは短時間蓄積装置または
振動質量蓄積装置とすることができる。

0021

出力取入れを遅延して増大させる上述したすべての構成において、所定の負荷
についての変化速度を固定的に設定することができる。従ってこの負荷をスイッ
チオンする度に、出力取入れの同一の時間的推移が示される。他の好ましい実施
態様においては、増加速度はたとえば制御システムによって制御可能であって、
従ってスイッチオンプロセス毎に、たとえば他の負荷のその時の取入れ、その時
ジェネレータから出力される電気的な出力、内燃機関回転数、内燃機関の温度な
どに従って、個々に選択することができる。

0022

好ましい構成においては、内燃機関には自立的なアイドリング回転数制御装置
が設けられており、それは機能的に低速の制動トルク増加を制御する制御システ
ムとは結合されておらず、あるいは少なくとも直接には結合されていない。その
場合に間接的な結合は、アイドリング回転数制御装置が増加する制動トルクによ
ってもたらされる(わずかな)回転数低下を検出して、その回転数低下にトルク
を増大させる手段(たとえば充填介入)によって対処し、回転数低下が減少され
るか、あるいは少しの時間の後に除去される(たとえばP特性ないしPI特性
有する制御器によって)ようにすることのみにある。

0023

しかし、自立的な制御は、すでに検出可能な回転数低下が示されている場合に
初めて反応することができる。従って他の好ましい構成は、低速の制動トルク増
加を制御する制御システムが内燃機関を、たとえば充填介入によってそれに応じ
たより高い駆動トルクをもたらすように作動させることに基づいている(請求項
6)。これは一般に、何らかの回転数低下が明らかになる前に行われる。この種
の制御は、通常のアイドリング回転数制御に重畳することができる。その場合に
はそれはパイロット制御による制御、正確には外乱量供給される制御であって、
その場合に外乱量は接続された、あるいは接続すべき負荷の実際の、あるいは短
期間予測される出力取入れを示す。

0024

本発明に基づく駆動システムにおいては、所定の時点で所定の負荷のためのス
イッチオン指令が与えられ、これはたとえば車両運転者により適当な操作部分
たとえばボタンレバー、ペダルなど)を操作することにより発生され、あるい
は制御装置によって、たとえば暖房のためのサーモスタットによって自動的に生
成することができる。制御システムはこのスイッチオン指令を受信して、接続情
報を負荷へ送信する。接続情報は、負荷の接続の時点および/または出力取入れ
の時間的な推移を制御する。

0025

原則的に接続情報は、自動車において従来そうであるように、供給電圧の電圧
ベル形式で存在することができる。たとえば供給電圧レベル0Vは、負荷が
出力を取入れないことであり、供給電圧の12Vへの増加は、負荷の出力取入れ
に応じて増加する。もちろん、この種の供給電圧制御は、星型の供給網を必要と
し(個々に接続すべき個々の負荷が専用の給電ケーブルを必要とする)、それに
よってケーブルツリーが比較的重くて厚くなる。

0026

従って好ましくは、個々に接続可能な多数あるいはすべての負荷に、共通に給
電される。その場合には供給電圧、あるいは少なくともその直流電圧成分は、ど
の負荷をどの時点で接続すべきかについての情報を持たない。この制御情報は、
たとえば別体の制御導線を介して負荷へ供給することができる。個々に接続可能
な各負荷は、星型網の形式に従って専用の制御導線と接続することができる。特
に好ましくは個々の負荷の接続特性の制御は、バスシステムを介して行われ(請
求項7)、そのバスシステムには多数の、あるいはすべての負荷が結合されてい
る。しかし特に好ましくは、バスシステムは、供給システムとは別体のデータバ
スシステム、たとえばいわゆるCANバスシステム(CAN=Controll
er Area Network)である。その場合に個々の接続可能な負荷に
は、専用のコントローラ(すなわち制御装置)が設けられており、そのコントロ
ーラに所定のアドレス割り当てられている。個々の負荷は、共通のバスシステ
ムを介して、組み合わせられたアドレス/指令ワードによって次々と呼びかけら
れる。変形例においては、供給システムは同時に制御バスシステムとして用いら
れる。そこでは、一定の、あるいは低周波の供給電圧に、より高周波の制御情報
(たとえばアドレス/指令ワード)が重畳変調される。

0027

本発明はまた、駆動システム、特に自動車駆動システムを駆動する方法に関す
る。本発明に基づく方法の特徴、構成並びに利点に関しては、請求項8並びに駆
動システムとその構成に関する上述と後述の説明を参照することができる。

0028

第2の視点によれば、本発明は次のものを有する、特に自動車の駆動システム
に関する:

0029

駆動エンジン、特に内燃機関、

0030

駆動エンジンと結合され、1つまたは複数の負荷の給電に用いられるジェネレ
ータ、

0031

車両の駆動装置のための出力需要が特に高い場合に、1つまたは複数の電気的
な負荷をオフにし、あるいはその出力取入れを減少させる制御システム(請求項
9)。

0032

増大する出力需要は、特に自動車の加速モードとすることができる。最近の自
動車においては、電気的な負荷によって必要とされる出力割合は、内燃機関の全
出力の著しい割合となる場合があるので、本発明のこの第2の視点は、全体とし
車両加速値を維持しながら駆動エンジンのより小さい出力設計を許容するもの
である。この種の駆動エンジンは一般に安価に形成することができ、かつより少
ない重量を有することは別にして、すべての駆動状態にわたって平均して、より
高い出力(その最大出力に関して)で、そしてそれによってより好ましい効率領
域で駆動される。

0033

従って第2の視点も、燃料消費が少なく、排ガス放出が少ないという利点をも
たらす。特に好ましくは、本発明の第1の視点(請求項1から8)と第2の視点
が共通に実現されることである。上述したバス制御は、第2の視点においても効
果的である。

0034

制動トルクの減少は、たとえば1つまたは複数の負荷がオフにし、あるいは少
なくともその出力取入れを減少させることによって行うことができる。他の方法
は、駆動出力需要が増大している相の間は1つまたは複数の負荷に電気的な機械
からでなく、エネルギ蓄積装置、たとえば車両のスタータバッテリから給電する
ことにある(請求項10と11)。多数の負荷にエネルギ蓄積装置から給電する
場合に、蓄積装置の大幅な放電を排除するために、好ましくは種々の負荷がエネ
ルギ蓄積装置の充電状態に従って、予め設定された負荷優先権順序で部分的に
、あるいは完全にオフにされる(請求項12)。

0035

本発明はまた、第2の視点に基づく駆動システムを駆動する方法に関する。こ
の方法の特徴、構成並びに利点に関しては、請求項13並びに駆動システムとそ
の構成に関する上述および後述の説明を参照することができる。

0036

本発明のすべての構成と視点において、電気的な機械としては、ジェネレータ
として駆動することのできる各回転機械が適している。その場合に、他の機能を
持たない従来のジェネレータとすることができる。しかし好ましくは電気的な機
械は、スタータとして用いることもできるので、従来の2台の電気的な機械(ジ
ェネレータとスタータ)の代わりに1台だけ(スタータ/ジェネレータ)を設け
ればよい。電気的な機械は間接的に、たとえばピニオンVベルトなどを介して
内燃機関軸と結合することができる。しかし好ましくは、機械の一部、特にロー
タが直接エンジン軸に取り付けられて、場合によってはエンジン軸と相対回動
ないように結合される。ロータは、たとえばトランスミッションへ通じる軸上に
取り付け、あるいは内燃機関の他の側の、そこで行き止まりになって終わってい
軸端部上に取り付けることができる。他の機械部分、特にステータは、回転で
きない部分、たとえばエンジンハウジングまたはトランスミッションハウジング
と相対回動不能に結合され、あるいは取り外し可能に結合することができる。特
に好ましくは、電気的な機械は回転磁界機械、たとえば非同期または同期機械
ある。ジェネレータで発生される交流電流(たとえば三相電流)の変換は、たと
えば接続すべき電圧によって制御される弁(たとえばダイオード)により行うこ
とができる。より良好な効率は、コンバータによって得られ、そのコンバータは
別の制御量により制御される電子的なスイッチ(たとえば電界効果トランジスタ
またはIGBT’s)によって、自由に調節可能な周波数、位相並びに振幅の三
相電流を有する、最適なジェネレータ作用に必要な回転磁界を発生する。

0037

次に、実施形態並びに添付の概略的な図面を用いて、本発明を詳細に説明する
。図面において、

0038

図1a−4aは、4つの実施形態において1つまたは複数の負荷を減速して接
続することを説明する概略的な回路図を示し、

0039

図1b−4bは、図1a−4aに示す回路図においてそれぞれ発生される制動
トルクを、時間の関数として概略的に示すグラフであり、

0040

図5は、駆動システムの重要な機能ユニット図式を示すものであり、

0041

図6は、駆動システムを駆動する方法のフローチャートを示し、

0042

図7は、本発明の第2の視点の実施形態を説明するために、内燃機関の駆動ト
ルクとジェネレータによる制動トルクを時間の関数として示す概略的なグラフで
ある。

0043

図面において、機能の等しい部分または類似の部分は、同一の参照符号で示さ
れている。

0044

図示の実施形態においては、内燃機関と結合された電気的な機械が設けられて
おり、ここでは主としてジェネレータ機能が興味をひくので、その機械をジェネ
レータ1として示されている。この機械は、1つまたは複数の電気的な負荷に電
気的なエネルギを供給するために用いられる。

0045

図1に示す実施形態は、多数の並列に接続された副負荷2’、2”、2’”か
ら構成された、電気的な負荷2である。副負荷2’、2”、2’”は、スイッチ
3(これはたとえば電子的または電子機械的なスイッチである)によって個別に
オンオフすることができる。スイッチの制御は、負荷2に付設されたコントロー
ラ4によって行われる。このコントローラ4は、(ここには図示されていない)
上位に配置された制御装置からスイッチオン指令を受信し、それに従って副負荷
2’、2”、2’”に時間的に次々とずらしてスイッチオンする。ジェネレータ
1から供給される出力とそれに伴ってその制動トルクは、図1bに示すようにス
イッチオン指令(矢印で示される)の時点から時間の関数としてほぼ階段状に増
加する。他(図示されていない実施形態)の場合には、個々のスイッチ3の各々
に専用のコントローラが設けられる。その場合に上位に配置された制御装置は、
図1bに示すように制動トルクを時間的にずらすために、個々のスイッチオン時
点の時間的な順序の制御を行う。

0046

図2aに示す変形例においては、可変抵抗3が負荷2と直列に接続されている
抵抗3は、たとえばパワーセミコンダクタによって電子的に、あるいは電子機
械的に変化させることができる。調節は連続的、ほぼ連続的(たとえば小さいス
テップで)あるいは段階的(すなわち大きいステップで)行うことができる。最
後のものはたとえば、直列に接続された多数の離散的な副抵抗3が順次ブリッジ
接続されることにより行われる。コントローラ4は、可変抵抗3の値を時間の関
数として制御する。図2bは、連続的な抵抗調節の場合の制動トルクの時間的な
推移を示している。(矢印で示す)スイッチオン時点後に、制動トルクは最大値
に達するまで増加する。その場合の図示の基礎となっているのは、恒常的な増加
を可能にする連続的な調節方法である。

0047

減速された制動トルク増加を達成する他の機能原理が、図3aと3bに図示さ
れている。負荷2の接続は、ここでは衝撃的であるが、(図3bの矢印で示され
る)スイッチオン指令の時点に比べて遅延されている。スイッチオン指令から衝
撃的な接続時点までのタイムインターバル内で、他の負荷の出力消費が、負荷2
の(後の)出力消費にほぼ相当する値だけ徐々に増大する。負荷2の衝撃的な接
続と同期して、他の負荷の増大した出力消費が衝撃的に元の値(ゼロとなる場合
もある)へ戻る。図3aにおいては付加的な負荷は、蓄積装置12(たとえばバ
ッテリまたはコンデンサ)であって、それが負荷2に並列に接続されており、タ
イムインターバル内で生じる電気的なエネルギを後の使用のために蓄積すること
ができる。蓄積装置12と電気的な負荷2の間の交換サイクルは、まず蓄積装置
12の前段に接続された、バッテリー充電電流可変制御する回路によって、そ
して負荷2の前段に接続された、負荷2を衝撃的にオンオフする、付属コン
ローラ4を備えたスイッチ3aによってもたらされ、そのコントローラの時間的
な制御と同期化は上位に配置された制御装置(図5)が司る。制御装置は、スイ
ッチオン指令(矢印で示される)の後にスイッチ3bが開放されている場合に、
まず、充電電流制御回路の然るべき駆動により、充電出力が予測される負荷出力
に相当するまでバッテリ電流を徐々に増大させることにより、トルクを図3bに
示すように徐々に増大させる。その後、制御装置は充電電流を突然元の値(たと
えば値ゼロ)に減少させ、同時にスイッチ3bを閉成させるので、負荷2はその
全出力をジェネレータ1から取入れる。バッテリによって取入れられたエネルギ
は、図3bでは斜線面積で示されている(ここでは一定の回転数が前提となっ
ているので、図に示される時間は回転角度に比例する)。全体としてこの交換
イクルによって、図示の制動トルクの減速された均一な増加が得られる。

0048

図4は、負荷2に即座に電気的な出力が供給される変形例を示している。ここ
では蓄積装置12と負荷2の前段に共通にジェネレータ充電電流制御回路3aが
接続されている。負荷は、スイッチ3bによって直接蓄積装置12に接続可能で
ある。制御は、付属のコントローラ4a、4bと上位に配置された制御装置によ
って行われる。スイッチオン時点(矢印で示される)で、負荷2はスイッチ3b
の閉成によって即座に全電気的出力を供給される(図4bにおいては、負荷2が
ジェネレータから全出力を受け取った場合に生じる制動トルクが破線で図示され
ている)。回路3aは、ジェネレータからの最初はわずかな出力を通過させ、そ
れが徐々に全負荷出力まで増加する。時間と共に減少する、足りないエネルギー
成分(これは図4ハッチングされた面積に比例する)は、蓄積装置12から取
り出される。全体として、図4bに示す制動トルクの減速された増加が得られる

0049

図5に示す車両、たとえば乗用車の、駆動システムは、内燃機関5を有し、そ
の内燃機関が駆動軸6(たとえば内燃機関5のクランク軸)、クラッチ7並びに
ドライブトレーンの他の部分(図示せず)を介してトルクを車両の駆動輪へ出力
する。アイドリング駆動の場合には、クラッチ7は開放されている。駆動軸6上
には、以下においてはジェネレータ1と称する電気的な機械、ここでは非同期多
相交流機械が取り付けられている。電気的機械は、直接駆動軸6上に取り付けら
れて、かつ駆動軸と相対回動しないように結合されたロータ8と、たとえば内燃
機関5のハウジングに支持されたステータ9を有する。ロータ8にスリップを伴
って追従し、それによってロータを制動する回転磁界を発生させて、ジェネレー
タ作用を生じさせるために、コンバータ10は(図示されていない)ステータ巻
線に実際に自由に調節可能な振幅、位相並びに周波数の電流と電圧を供給するこ
とができる。これはたとえば直流電圧中間回路インバータであって、電子的
なスイッチ(たとえば電界効果トランジスタまたはIGBT’s)によって、幅
を変えたパルスを発生させ、そのパルスが、ジェネレータ1のインダクタンス
よって平均されて、ジェネレータ1内で所望の周波数、振幅および位相のほぼサ
イン形状の電流をもたらす。ジェネレータとしての制動駆動の場合に多相交流
械は、電流と電圧が互いに逆方向になるように作動する。その場合にはコンバ
タ10は整流器よりも効果的に作用する。同期多相交流機械を有する(図示され
ていない)他の実施形態においては、コンバータの代わりに単純な整流器が使用
され、その整流器には印加される電圧によって制御される弁(たとえばダイオ
ド)が設けられている。電気的な機械1は、ジェネレータ機能の他にモータ機能
を果たすこともでき、それによって電気的な機械はたとえば内燃機関5のための
スタータとして用いることもできる。そのためにコンバータは、電流と電圧が同
じ方向に向くように制御される。

0050

コンバータ10は、車両電気系統バッテリ12と電気的な負荷2とを有する直
流電圧車両電気系統11に給電する。図3aに示す切換え装置は、バッテリ12
に直列に接続されたバッテリ充電制御回路3aと、負荷2に直列に接続されたス
イッチ3bとを有し、それらがそれぞれコントローラ4aないし4bを介して制
御バス13と接続されている。制動トルク制御装置14は、制御バス13上にコ
トローラ4aと4bのための制御信号を出力する。

0051

コントローラ4a、4bの制御は、制動トルク制御装置14によって行われる
。この制御装置は制御バス13上へ制御信号を出力する。その制御信号はたとえ
ばそれぞれ所望のコントローラ4a、4bの応答のためのアドレス部分と、コン
トローラ4a、4b並びにコントローラによって制御されるユニットに所定の行
動を起こさせる(たとえば「スイッチ閉成」)指令部分とからなる。制動トルク
制御装置14は、制御バス13を介して他の一連機器、たとえば内燃機関制御
装置15、回転数測定装置(図示されていない)、絞り弁位置センサ(図示され
ていない)などと接続されている。制動トルク制御装置は直接(あるいは制御バ
ス13を介して)操作スイッチ16と結合されており、その操作スイッチによっ
操作者手動で負荷2をオンオフする指令を与えることができる。もちろん、
負荷2のためのオンオフ指令を駆動システム自体によって自動的に生成すること
も可能である。すなわち、負荷2がたとえば内燃機関の冷却水のための負荷ヒー
タである場合には、所定の最低温度を下回った場合に負荷2をスイッチオンし、
上回った場合にスイッチオフすることも可能である。この種のものは、たとえば
ダイレクト噴射ターボディーゼルエンジンの場合に効果的である。というのは、
このエンジンは冬季駆動の場合にはしばしば冷却水を加熱するために十分な廃熱
を与えることができず、従って負荷ヒータを必要とするからである。制動トルク
制御装置14を内燃機関制御装置15と結合することは、特に、スイッチオン指
令において内燃機関制御装置に付加的なトルク需要が予測されることを報告し、
それによってアイドリング回転数が著しく低下する前にすでに、トルク増大され
る充填介入をもたらすために使用される。

0052

次に、図5の駆動システムの機能方法を、図3図6のフローチャートを用い
て説明する。ステップS1において、駆動システムがアイドリングで作動してい
るかが問われる。次のステップS2では、たとえばスイッチ16の操作によって
、スイッチオン指令が与えられたかが問われる。2つの問合せに「イエス」と答
えた場合にのみ、処理がステップ3aへ進む。そうでない場合には、ステップS
1とS2が繰り返される。ステップS3aにおいては、制動トルク制御装置14
がコントローラ4aとそれに伴ってバッテリ充電制御回路3aを制御して、徐々
に増大する電気的な出力が蓄積装置12に与えられて、それによってジェネレー
タ1の制動トルクを徐々に増加させる。この時点ではまだスイッチ3bは開放さ
れている。同時に実施されるステップ3bにおいて、制動トルク制御装置14が
内燃機関制御装置15に、要請される出力の増大が間近に迫っていることを知ら
せるので、後者のステップが内燃機関5のトルク増加のために、たとえば充填介
入を導入する。

0053

ステップS4においては、バッテリ充電出力がすでに負荷2の予測される出力
に相当するかが調べられる。そうである場合には、制動トルク制御装置14がス
テップS5において充電プロセスの衝撃的な終了並びにそれと同時に特にコント
ローラ4aにより充電制御回路切り替え、かつコントローラ4bによってスイ
ッチ3bを閉成させることにより、負荷2の接続を行わせる。制動トルクが遅延
して増加するので、アイドリング回転数は負荷2がスイッチオンされる際に、実
際には低下を示さない。それを支援するのが、アイドリング制御に外乱量「増大
されたジェネレータ制動トルク」を供給することである。従って基本理念は、自
動車の運転者が電気的な大負荷をもはや自分で直接スイッチオンせずに、その代
わりにスイッチオン指令を与えて、そのスイッチオン指令によって全負荷出力を
遅延して接続し、あるいは図4に示す実施形態の場合には、全負荷接続が即座に
行われるにもかかわらず、ジェネレータの負荷を遅延させるプログラムが開始さ
れることにある。

0054

図5に示す制御システムは、図7に示す本発明の第2の視点に基づく機能にも
適している。その際、制御をそれに応じて調整する。そして特に内燃機関制御装
置15は、内燃機関5への高いトルク要請が存在する場合に、それを制動トルク
制御装置14へ信号で伝達する。これは、たとえばオーバーホール操作の場合に
、高い車両加速度が望ましい場合である。その場合に制動トルク制御装置14は
、コントローラ4bに負荷2をオフにさせ、そして場合によってはコントローラ
4aにバッテリ充電電流があった場合にはそれを中断させる。それによって、図
7に示すように、ジェネレータの制動トルクの減少がもたらされる。内燃機関5
へのトルク要請が再び減少した場合には、負荷2と場合によってはバッテリ充電
装置を再び接続することができる。中断なく駆動されなければならない、安全上
または駆動上重要な負荷は、要請される内燃機関トルクが高い位相においては、
エネルギ供給装置、たとえば車両バッテリ12から給電することができる。その
場合に負荷が多数あって、車両バッテリ12が大幅に放電することを排除するた
めに、負荷2はエネルギ蓄積装置12の充電状態に従って予め定められた負荷優
先権の順序で部分的にあるいは完全にオフにされる。図7は、内燃機関トルクが
増大した場合のジェネレータ制動トルクの一時的な減少を時間の関数として、並
びにそれに続いて内燃機関制動トルクが減少した場合に初期状態復帰すること
を示している。

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