(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車におけるジェネレータ（１９）のトルク（ＭGL）の検出方法において、
ジェネレータ（１９）の電力（ＰG）及びジェネレータ回転数（ＮG）に依存したジェネレータ効率（ηG）を特性マップ（Ｋ2）に記憶し、
該ジェネレータ効率（ηG）を該特性マップ（Ｋ2）から前記ユニット（４３）によって得るか、該ユニット（４３）に供給し、
ユニット（４３）によってジェネレータ（１９）のトルク（ＭGL）を、ジェネレータ（１９）の実際の電力（ＰG）、実際のジェネレータ回転数（ＮG）及び実際のジェネレータ効率（ηG）から関数として求めることを特徴とする、トルクの検出方法。
【請求項２】
実際のジェネレータ回転数（ＮG）を、ジェネレータ（１９）とジェネレータを駆動させる駆動シャフト（１３）との間の伝達比（ｕ）を用いて、該駆動シャフト（１３）の実際の回転数（ＮA）から導出する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ジェネレータ（１９）から放出される電力（ＰG）を、ジェネレータに接続された個々の電気負荷（Ｒi）の既知の所要電力（ＰRi）の和として求める、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記ユニット（４３）は、少なくとも１つの負荷（Ｒi）の所要電力（ＰRi）を、情報ネットワーク（４０）を介して交換されるコード（Ｃ）を評価することによって求め、
該コード（Ｃ）は少なくとも１つの負荷（Ｒi）のスイッチオン状態に関する情報を含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記スイッチオン状態に関する少なくとも１つの負荷（Ｒi）の所要電力（ＰRi）を特性マップ（Ｋ1）から求める、請求項４記載の方法。
【請求項６】
ジェネレータ（１９）から放出された電力（ＰG）を励磁電流（ＩERR）及びジェネレータ回転数（ＮG）に依存して求める、請求項１または２記載の方法。
【請求項７】
ジェネレータ（１９）から放出された電力（ＰG）を励磁電流（ＩERR）及びジェネレータ回転数（ＮG）に依存して特性マップ（Ｋ3）から得る、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記励磁電流（ＩERR）を、励磁コイルの電圧（ＵERR）及び励磁コイルの電気抵抗（ＲERR）に依存して求めるか、
固定子コイルの電圧（ＵS）、ジェネレータ調整器（６４）のデューティ比（ＴA／（ＴA＋ＴE））及び励磁コイルの電気抵抗（ＲERR）に依存して求める、ただし、ＴAはジェネレータ調整器（６４）が前記励磁コイルに電流を流さない時間であり、ＴEはジェネレータ調整器（６４）が前記励磁コイルに電流を流す時間である、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記ユニット（４３）は、固定子巻線の電圧（ＵS）に対する値として、近似的に、前記ジェネレータ（１９）から電気的なエネルギが供給される搭載電源網（３７）のバッテリ（５２）の電圧（ＵBAT）を使用する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
固定子コイルの電圧（ＵS）を、ジェネレータ（１９）と、該ジェネレータ（１９）から電気的なエネルギが供給される搭載電源網（３７）のバッテリ（５２）との間の充電線路（６７）を介した電圧降下（ＵL）と、前記バッテリ（５２）の電圧（ＵBAT）との和として算出する、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
励磁巻線の電気抵抗（ＲERR）を温度に依存して定める、請求項８記載の方法。
【請求項１２】
駆動シャフト（１３）に作用するトルク（ＭGA）を、ジェネレータ（１９）のトルク（ＭGL）と、ジェネレータ（１９）と駆動シャフト（１３）の間の伝達比（ｕ）とを乗算することによって求める、請求項２記載の方法。
【請求項１３】
駆動シャフト（１３）は駆動機械（１０）の出力シャフトである、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記出力シャフトはクランクシャフトである、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の方法による、駆動シャフトに作用する、自動車におけるジェネレータ（１９）のトルク（ＭGA）を検出するための装置において、
ジェネレータの電力の検出手段と、
実際のジェネレータ効率（ηG）の検出手段と、
トルク（ＭGL）の検出手段と、
駆動シャフトに作用するトルク（ＭGA）の検出手段とを備えたことを特徴とする、トルクを検出するための装置。
【請求項１６】
実際のジェネレータ効率（ηG）は特性マップに記憶されており、前記実際のジェネレータ効率（ηG）を検出するために、制御ユニットによって前記特性マップから実際のジェネレータ効率（ηG）を得て、前記駆動シャフトに作用するトルク（ＭGA）は、駆動シャフトとジェネレータのロータシャフトとの間の既知の伝達比（ｕ）を用いて計算される、請求項１５記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】  従来技術
従来技術からは、ジェネレータにおける所要トルクを、送出される電力を介して求めることが公知である。ジェネレータから送出される電力は、発生した出力電圧及びジェネレータの出力電流から求められる。
【０００２】  電気的なジェネレータ出力をそのように直接的に検出することは特別な事例である。何故ならばジェネレータにおいて電流を直接検出することは、多額の費用がかかるので例外とされるからである。今日のジェネレータが供給する実効電流のアンペアはとても高いので、比較的高価な電流測定装置が必要である。したがってジェネレータの所要トルクを考慮することは、機関制御のトルクバランスにおいては極まれにしか行われない。
【０００３】  利点
独立請求項記載の本発明の方法及び本発明の装置によれば、出力電流を測定せずに、ジェネレータの出力とともに負荷トルクを求めることができる。
【０００４】  従属請求項に記載した構成によって、独立請求項に記載した特徴の有利な実施形態及び変形実施形態が生じる。
【０００５】  電気機械のトルクの検出は、実際のジェネレータ効率ないし機械効率が既知であることを前提としている。ジェネレータの瞬時の電力と実際のジェネレータ回転数の関係とジェネレータ効率との間の数学的に式化された関係は非常に複雑であるので、そのために有利にはいわゆる３つの量の間の関係が特性マップ内に記憶されている。その特性マップからジェネレータの出力及びジェネレータ回転数に依存して、その都度の実際のジェネレータ効率が制御ユニットによって取り出される。このためにそのような特性マップは予め求められ、記憶媒体に記憶される。特性マップに依存して効率を記憶することは、実際の効率が殊に迅速に求められるという点で有利である。ジェネレータの駆動シャフト、通常はクランクシャフトの回転数は、現代の機関制御においては既知である。付加的な装置のコストをかけずに、例えば回転数センサを使用せずにジェネレータの回転数を検出するために、ジェネレータの駆動シャフトとジェネレータシャフトとの間の既知の伝達比を用いて回転数を簡単に計算できる。
【０００６】  実際のジェネレータ出力は様々なやり方で検出することができる。現代の自動車のように通常、例えばＣＡＮバスシステムのような情報ネットワークが設けられている場合には、電気負荷のスイッチオン状態とともにこの電気負荷の所要出力は実質的には既知である。この情報ネットワークによって交換されるコードが評価されるならば、スイッチオン状態をテーブル又は特性マップと比較することによって、所要出力を簡単なやり方で求めることができる。電気負荷の状態ないし所要出力が既知でない場合には、この状態ないし出力を概括的に想定した所要出力を用いることによって考慮することができる。情報コードを評価することは有利である。何故ならば必要とされる情報は実質的に既に存在しているものであり、したがってテーブルないし特性マップとの調整を行うだけでよいからである。
【０００７】  択一的にジェネレータの出力を励磁コイルの励磁電流及びジェネレータの回転数に依存して検出することもできる。ここでもやはり比較的簡単なやり方で以下のようにして検出することができる。すなわち、ジェネレータから送出された出力を励磁電流及びジェネレータの回転数に依存して特性マップから取り出す。これによりジェネレータ出力、励磁電流及び回転数の間の複雑な関係は簡潔化される。何故ならば特性マップはジェネレータを予め測定することによって得られるからである。
【０００８】  ジェネレータの回転数も、例えば出力電圧の周波数を評価することによって得ることができる。別の方式では回転数センサを使用する。この回転数センサは、出力電圧の周波数を介してジェネレータ回転数を求めるのと同じように、ジェネレータ回転数が駆動シャフトとジェネレータシャフトとの間のスリップに依存しないという利点を有する。したがって後者の方式によって検出された回転数の値はより正確である。
【０００９】  励磁電流は多くの方式によって簡単に検出することができる。第１の変化例では、励磁電流は励磁コイルの電圧及び抵抗に依存して検出される。第２の変化例では励磁電流は、出力電圧、励磁コイルの抵抗及びジェネレータ調整器のいわゆるデューティ比に依存して検出される。固定子コイルの出力電圧は、バッテリ電圧と充電線路を介して降下する電圧との和として求められる。固定子コイル巻線の出力電圧に依存した励磁電流の算出は、自動車においていわゆるバッテリ状態識別器を使用できる場合には有利である。この状態識別によってバッテリ電圧は既知である。第３の変化例では、励磁電流は調整器のデューティ比、励磁コイルの電気抵抗及び単なるバッテリ電圧の関係から求められる。第２の変化例と比較するとこの方法は有利である。何故ならばここでは充電線路を介した電圧降下の算出が省けるからである。
【００１０】  励磁電流をより正確に算出するために、励磁コイルの抵抗を励磁コイルの温度に依存して求めることは有利である。例えば水冷式のジェネレータでは冷却媒体温度を励磁コイルの温度とみなすことによって、励磁コイルにおける抵抗の温度依存性を考慮することができる。最後に別の簡単な変化例では、励磁コイルの作動温度に対して事前に求められた固定の値を取り上げ、この値を装置に記憶することも可能である。
【００１１】  図面
本発明を付属の図面及びフローチャートに基づき、複数の実施例において以下詳細に説明する。ここで図１は牽引手段を介してジェネレータに結合されている駆動機械の概略図である。図２は搭載電源の図である。図３、４、５、６及び７は実施例のフローチャートである。
【００１２】  同一ないし同様に作用する構成部分は同一の参照記号で示している。
【００１３】  図１には駆動機械１０が図示されており、この駆動機械１０は駆動シャフト１３及び駆動プーリ１６を介してジェネレータ１９を駆動させる。このために駆動プーリ１６はベルト２２を介してジェネレータプーリ２５と接続されている。このジェネレータプーリ２５がロータシャフト２８を駆動させ、このロータシャフト２８は電磁的に励磁されるロータ３１を用いて固定子巻線３４内に出力電圧ＵＳを誘起する。この出力電圧ＵＳによって搭載電源３７に電気エネルギが供給される。
【００１４】  ジェネレータプーリ２５に作用する負荷トルクＭＧＬは基本的には電気系によって、すなわちそこで作用する電磁抵抗とジェネレータ１９から放出された電力ＰＧによって惹起される。負荷トルクＭＧＬは、目下放出された電力ＰＧ、ジェネレータ回転数ＮＧ及びジェネレータ１９の効率ηＧに依存している。ジェネレータ１９からジェネレータプーリ２５及びベルト２２並びに駆動プーリ１６を介して駆動シャフト１３に作用するトルクＭＧＡを算出するために、駆動シャフト１３とロータシャフト２８との間の伝達比ｕを用いて計算することが必要である。
【００１５】  ジェネレータ１９のジェネレータプーリ２５に作用するトルクＭＧＬは式１により、数値２、円周率π、ジェネレータ１９の回転数ＮＧ及び効率ηＧの積とジェネレータ１９の電力ＰＧとの商として生じる。
【００１６】
【数１】
0005537754.tif 000002
【００１７】  トルクＭＧＬを検出するための種々の方式は、ジェネレータ１９の出力ＰＧを検出するための種々の方式から生じる。
【００１８】  第１の実施例においては、いわゆる情報ネットワーク、この例ではＣＡＮバスシステムが使用される自動車でのジェネレータ１９の電力ＰＧを検出するために、ユニット４３において計算及びメモリユニット４６を用いてコードＣが評価される。このコードＣは暗号化された様々な電気負荷Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４のスイッチオン状態を内容としている。計算及びメモリユニット４６はコードＣを伝送するために、ＣＡＮドライバ４９を介してＣＡＮバスシステム４０に接続されている。
【００１９】  図２はジェネレータ１９を概略的に示し、このジェネレータ１９は搭載電源網３７に電気的なエネルギを供給する。搭載電源網３７の部品は、バッテリ５２並びに複数の負荷Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４である。この場合においては、これらの負荷には二つ一組でいわゆる信号出力分配器ＳＬＶ１及びＳＬＶ２が後置接続されている。
【００２０】  このスイッチオン状態から、例えばエアコンの駆動部、シート調整の駆動部またはワイパ駆動部のような種々の電気負荷のための所要電力ＰＲｇｅｓ全体が生じる。ＰＲｉは一般の負荷Ｒｉの所要電力である。ここでｉは１つの負荷を表すために使用し、一般的には整数である。
【００２１】  図３のフローチャートによれば、第１のステップＳ１１において、ジェネレータがもたらすべき個々の電力配分が検出される。
【００２２】  個々の負荷Ｒｉの出力ＰＲｉは式２より、コードＣに依存する関数ｆ１である。計算及びメモリユニット４６においては、１つまたは複数のスイッチオン状態に相応する電力値がコードＣを解号することによって検出される。このために相応の関数ｆ１が特性マップＫ１の形態で記憶されている。コードＣからなるスイッチオン状態を電力値に一義的に対応付けすることによって、個々の負荷Ｒｉの出力ＰＲｉが得られる。
【００２３】
【数２】
0005537754.tif 000003
【００２４】  これらの個々の所要電力ＰＲｉから、計算及びメモリユニット４６において和を形成することにより、ジェネレータ１９によってもたらされるべき電力ＰＧが形成される。式３ないし図３におけるステップＳ１２も参照されたい。
【００２５】
【数３】
0005537754.tif 000004
【００２６】  ここで指数ｎは負荷の最大数値を表し、この負荷の出力ＰＲｉをコードＣから求めることができる。このことは図２の例においては、ＰＧは式４に従って和として得られるということを意味している。
【００２７】
【数４】
0005537754.tif 000005
【００２８】  これらのコードＣを評価することに加えて、コードからは状態が既知でない電気負荷ＲＰの所要電力を、例えば出力バランスにおける付加的な総括値ＰＲＰとして考慮することができる（式５）。このことは例えばＣＡＮ端子を持たない小さな負荷に有効である（図２）。
【００２９】
【数５】
0005537754.tif 000006
【００３０】  これに加え、バッテリ４３によって消費または放出される出力ＰＢＡＴを、ジェネレータ電力ＰＧの算出のために考慮することができる（式６を参照されたい）。この出力ＰＢＡＴはバッテリ状態識別器により既知である。
【００３１】
【数６】
0005537754.tif 000007
【００３２】  バッテリ状態識別器は電圧測定器５５及び電流測定器５８を有する。検出された電流値及び電圧値は計算及びメモリユニット４６に供給され、式６に従い加算される。
【００３３】  計算及びメモリユニット４６によりジェネレータ出力ＰＧが算出されると、既知のジェネレータ回転数ＮＧを用いて、特性マップＫ２を介してジェネレータ１９の効率ηＧを定めることができる（式７ないし図３のステップＳ１３を参照されたい）。特性マップＫ２は計算及びメモリユニット４６に記憶されており、検出されたジェネレータ出力ＰＧ及びジェネレータ回転数ＮＧに依存して効率ηＧを記憶している。
【００３４】  ηＧは式７より、ジェネレータ出力ＰＧ及びジェネレータ回転数ＮＧに依存している関数ｆ２として生じる。
【００３５】
【数７】
0005537754.tif 000008
【００３６】  ジェネレータ回転数ＮＧは間接的に、駆動機械１０の制御装置６１により既知である。ＣＡＮバスシステムを介して、回転数ＮＡがユニット４３に伝送される。駆動機械１０の既知の回転数ＮＡからジェネレータ回転数ＮＧが、ロータシャフト２８と駆動シャフト１３との間の伝達比ｕを用いて検出される。
【００３７】  式１及びもはや既知である量、すなわちジェネレータ１９の電力ＰＧ、円周率π、ジェネレータ１９の回転数ＮＧ並びに効率ηＧによって、ジェネレータ１９のトルクＭＧＬを検出することができる（図３、ステップＳ１４）。
【００３８】  駆動シャフト１３に作用するないしもたらされるジェネレータ１９のトルクＭＧＡは式８による数式的な関係を用いて算出することができる（図３、ステップＳ１５）。
【００３９】
【数８】
0005537754.tif 000009
【００４０】  この例での伝達比ｕは、駆動プーリ１６とジェネレータプーリ２５のプーリ直径の比から生じる。
【００４１】  ジェネレータ１９の電力ＰＧを検出するための第２の実施例では、出力ＰＧは特性マップＫ３より励磁電流ＩＥＲＲ及びジェネレータ回転数ＮＧに依存して算出される。この特性マップＫ３は計算及びメモリユニット４６に記憶されている。
【００４２】  したがってジェネレータ１９の出力ＰＧは式９により得られる。
【００４３】
【数９】
0005537754.tif 000010
【００４４】  すなわち出力ＰＧは、励磁電流ＩＥＥＲ及びジェネレータ１９の回転数ＮＧの関数ｆ３である。
【００４５】  励磁電流ＩＥＥＲはオームの法則に従い、励磁コイルの電圧ＵＥＲＲ及び励磁コイルの抵抗ＲＥＲＲに依存して求められる（式１０及び図４のステップＳ２１、Ｓ２２及びＳ２３も参照されたい）。
【００４６】
【数１０】
0005537754.tif 000011
【００４７】  励磁コイルの電圧ＵＥＲＲはジェネレータ１９において測定される。抵抗ＲＥＲＲは一定とみなされる。この例では抵抗ＲＥＲＲは、１６０℃の作動温度ＴＥＲＲにおいては一定の抵抗とみなしている。この温度は走行状態における平均温度ＴＥＲＲに近似している。
【００４８】  ジェネレータ出力ＰＧを算出した後では、第１の実施例のステップ１３を継続する。
【００４９】  第２の実施例の変化例において、ジェネレータ１９がフル稼動しており、したがってジェネレータ調整器６４の信号ＤＦが零である場合には、先ず固定子コイル電圧ＵＳがバッテリ電圧ＵＢＡＴと充電線路６７を介した電圧降下ＵＬとの和として求められる（図５のステップＳ３１、Ｓ３２及び式１１を参照されたい）。
【００５０】
【数１１】
0005537754.tif 000012
【００５１】  充電線路６７を介した電圧降下ＵＬが測定されない場合には、この電圧降下は式１２により得られる。
【００５２】
【数１２】
0005537754.tif 000013
【００５３】  すなわち電圧降下は、バッテリから又はバッテリへと流れる電流ＩＢＡＴと個々の負荷Ｒｉに対する電流ＩＢｉとの和と充電線路の抵抗ＲＬとの積である。
【００５４】  ＤＦは時間ＴＡと、時間ＴＥと時間ＴＡの和との商である（式１３を参照されたい）。したがってＤＦはジェネレータ調整器６４のデューティ比を表す。ＴＥはジェネレータ調整器６４が励磁コイルに電流を流す時間であり、ＴＡはジェネレータ調整器６４が励磁コイルに電流を流さない時間である。このことはＤＦの値が零である間は、励磁コイルに絶えず電流が流れていることを意味する。
【００５５】
【数１３】
0005537754.tif 000014
【００５６】  励磁コイル電圧ＵＥＲＲは式１４により、固定子コイル電圧ＵＳ及び信号ＤＦに依存して求められる。
【００５７】
【数１４】
0005537754.tif 000015
【００５８】  励磁コイル抵抗ＲＥＲＲが第２の実施例のように検出されている、ないし既知である場合には、図４のステップＳ２２を継続する。
【００５９】    第２の実施例の第２の変化例において、ジェネレータ１９がフル稼動しておらず、したがってジェネレータ調整器６４の信号ＤＦが零とは異なる場合には、ジェネレータインタフェースを介して設定された目標電圧ＵＳ，ｓｏｌｌが固定子コイル電圧ＵＳとみなされる（図６、ステップ４１を参照されたい）。第２の実施例のこの第２の変形実施形態では、ステップＳ３３及び後続のステップをさらに継続する。
【００６０】  第２の実施例の第２の変化例を基礎とする第３の変化例では簡潔に、充電線路６７を介した電圧降下ＵＬが零であることを前提とするので、バッテリ電圧が固定子コイル電圧ＵＳとみなされる（図７のステップ５１を参照されたい）。第３の変化例は図６のステップ３３を継続する。
【００６１】  第２の実施例では励磁コイルの抵抗ＲＥＲＲは一定とみなされている。抵抗ＲＥＲＲのより現実的な値を得るために、種々のアプローチが可能である。
【００６２】  ２０℃の室温での既知の励磁コイルの抵抗、例えばＲＥＲＲ＝２．６Ωを前提とするならば、想定したバッテリ温度での励磁コイルの抵抗を式１５により求めることができる。
【００６３】
【数１５】
0005537754.tif 000016
【００６４】  αＥＲＲは励磁コイルの導体材料の温度係数である。測定された励磁コイル温度ＴＥＲＲを用いてより正確な抵抗値ＲＥＲＲを得ることができる。水冷式のジェネレータ１９では冷却媒体温度を測定することができる。水冷式のジェネレータ１９はしばしば駆動機械１０と同一の冷却サイクルを有しているので、温度は駆動機械１０の冷却媒体温度を測定することにより明らかとなり、この温度を制御装置６１からＣＡＮを介してユニット４３に伝送することができる。
【００６５】  ジェネレータ回転数ＮＧを全ての実施例及び変化例とは別の異なる方式で得ることもできる。このことは一方では出力電圧ＵＳの周波数を検出することによって可能であり、他方ではロータシャフト２８またはジェネレータプーリ２５の回転数ＮＧを測定することにより可能である。
【００６６】  ジェネレータ１９を駆動させる駆動機械１０ないし駆動シャフト１３の回転数を介してジェネレータ回転数ＮＧを検出する別の方式も存在する。伝達比ｕを介したジェネレータ回転数ＮＧの検出は正確ではない。何故ならば通常存在する、駆動プーリ１６とジェネレータプーリ２５との間の動作条件に依存した種々異なるレベルのスリップ量のために伝達比ｕは一定とはならないからである。駆動シャフト１３とロータシャフト２８との間の伝達部の幾何形状に基づいた理論伝達比ｕを固定のスリップ値分だけ減少することによって、この不正確性を例えば概括的に考慮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  駆動機械の概略図である。
【図２】  搭載電源の概略図である。
【図３】  実施例のフローチャートである。
【図４】  実施例のフローチャートである。
【図５】  実施例のフローチャートである。
【図６】  実施例のフローチャートである。
【図７】  実施例のフローチャートである。
【図１】
0005537754.tif 000017
【図２】
0005537754.tif 000018
【図３】
0005537754.tif 000019
【図４】
0005537754.tif 000020
【図５】
0005537754.tif 000021
【図６】
0005537754.tif 000022
【図７】
0005537754.tif 000023