CN101179202A - 向车载计算机传送电压调节器开关信息的系统和方法 - Google Patents

向车载计算机传送电压调节器开关信息的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种向车载计算机传送电压调节器开关信息的方法，包括从电压调节器产生第一输出信号，第一输出信号设置为调节与之关联的发电装置的励磁电流。从电压调节器产生第二输出信号，将第二输出信号传送至车载计算机，第二输出信号进一步指示第一输出信号的状态。第二输出信号代表第一输出信号的平均值，具有从第一输出信号中过滤出的瞬时值。

Description

向车载计算机传送电压调节器开关信息的系统和方法
技术领域
本发明一般涉及旋转电机，尤其涉及一种向车载计算机传送电压调节器开关信息的系统及其方法。
背景技术
现在制造的每一个机动车辆实际上都采用了发电机。这些发电机，也称为交流发电机，为车辆的电配件提供必要的电力，以及为车辆的电池进行充电。发电机还必须有能力以与车辆的电元件相兼容的方式产生充足的电力，为车辆的电系统供电。为了在负载改变期间平稳运行，交流发电机或者发电机通常使用电压调节器调节充电电压和输出电流，否则会产生电压降落或者其他运转故障。目前，常用的车辆充电系统通常采用电压调节器，其具有分立式晶体管或者称为专用集成电路(ASIC)的定制集成电路。
还有其他一些车辆设计采用具有高级微处理器功能的电压调节器，以维持由发电机产生的高度精确的调节电压。基于微处理器的调节器还可以包括高级时钟和存储电路，用来存储电池和电源的基准数据、电池电压与发电机转速，以及确定在任一时间点电池的充电程度和速率。
尽管有特殊类型的调节器设计(例如分立元件、专用集成电路(ASIC)、微处理器)，但是调节器通常提供施加于开关元件的脉冲宽度调制(PWM)信号，开关元件使电流有选择地流过交流发电机的励磁线圈。通过改变PWM信号的占空比，可以增大或者减小电流值，从而增大或者减小交流发电机的输出电压。在现代车辆中，电子控制模块(ECM)用作主车载计算机，因此其与电压调节器进行通信。然而，问题是电子控制模块(ECM)与应用于功率开关元件的驱动器的PWM信号不兼容。也就是说，根据系统中电负载的增减，实际的PWM信号可能会包含一些瞬态信号，而不全是光滑而平均的PWM信号。在这种情况下，常用的系统需要使用附加的(并且昂贵的)元件滤出用于与电子控制模块(ECM)通信的真正的PWM信号。
因此，需要能够以克服上述缺陷的方式向车载计算机传送PWM开关信息。
发明内容
通过具体实施例中所记载的向车载计算机传送电压调节器开关信息的系统和方法，可以克服或者缓解前述现有技术中的缺陷和不足，该方法包括：从电压调节器中产生第一输出信号，第一输出信号设置为调节与之关联的发电装置的励磁电流；并且从电压调节器中产生第二输出信号，将第二输出信号传送至车载计算机，第二输出信号进一步指示第一输出信号的状态；其中第二输出信号代表第一输出信号的平均值，具有从第一输出信号中过滤出的瞬时值。
在另一实施例中，存储介质包括用于将电压调节器的开关信息传送至车辆电子控制模块的计算机可读计算机程序代码，以及用于使计算机执行一种方法的指令。该方法进一步包括从电压调节器中产生第一输出信号，第一输出信号设置为调节与之关联的发电装置的励磁电流；并且从电压调节器中产生第二输出信号，将第二输出信号传送至车载计算机，第二输出信号进一步指示第一输出信号的状态；其中第二输出信号代表第一输出信号的平均值，具有从第一输出信号中过滤出的瞬时值。
在另一实施例中，一种用于发电机的电压调节器包括电子装置，该电子装置配置为将发电机的输出电压与其所需的电压定值进行比较。该电子装置进一步配置为产生用于调节发电机励磁电流的第一输出信号，并且产生传送至车载计算机的第二输出信号。第二输出信号进一步指示第一输出信号的状态。第二输出信号代表第一输出信号的平均值，具有从第一输出信号中过滤出的瞬时值。
在另一实施例中，车辆充电系统包括交流发电机，在其固定部分具有一个或多个定子绕组，在其旋转部分具有一个励磁线圈。电压调节器设置为通过控制励磁线圈的励磁电流来调节交流发电机的输出电压。电压调节器进一步包括电子装置，该装置设置为产生调节励磁电流的第一输出信号，并且产生传送至车载计算机的第二输出信号，第二输出信号进一步指示第一输出信号的状态。第二输出信号代表第一输出信号的平均值，具有从第一输出信号中过滤出的瞬时值。
附图说明
参照附图，图中相同的元件编号相同：
图1为采用基于微处理器的电压调节器的车辆充电系统的示意图，适合于根据本发明实施例使用；
图2为图1所示电压调节器的详细示意图；
图3为图1和图2所示的电压调节器和电子控制模块(ECM)的方框图，说明了根据本发明的实施例为ECM提供调节器开关信息的方法；以及
图4为波形图，比较未滤波的施加于交流发电机励磁线圈的调节器控制信号与已滤波的传送到车辆电子控制模块(ECM)的平均PWM控制信号。
具体实施方式
在此公开了一种向车载计算机传送电压调节器开关信息的系统和方法。简述之，电压调节器(例如，基于微处理器)设置为能够产生施加于车辆交流发电机的励磁线圈的第一PWM控制信号，以及传送至车载计算机的第二PWM控制信号。尽管第一PWM控制信号设置为包括对应于负载状态变化的瞬态占空比脉冲，但是通过向车载计算机提供平均PWM信号，有效地过滤出第二PWM控制信号。因此，电压调节器与没有内部滤波功能的各种类型ECM相互兼容。进一步，当应用于软件中时，现有技术不需要在ECM和/或电压调节器中配置非常昂贵的硬件。
首先参考图1，所示为采用基于微处理器的电压调节器的示例性车辆充电系统100的示意图，其适合于根据本发明的实施例使用。应当理解虽然图1所示为车辆充电系统，但是该实施例也可应用于其他类型的发电机调节系统。车辆交流发电机101在其定子部分具有多个绕组102(例如，三相、三角形接法)，在其转子部分中具有励磁线圈104。在绕组102中产生的交流(AC)电压被全波整流器106转换为直流(DC)电压，而整流器106包括三对并联设置的二极管。整流器106的DC输出馈送到车辆电池108的正极端，输出电压的幅值由转子的转速和供给励磁线圈104的励磁电流的大小决定。
在某些交流发电机设计中，考虑到负载的增加，定子实际上可以包括多个独立的定子绕组对和一个关联的转子励磁线圈对从而降低噪声。但是为了简化，在此处仅仅表示一套定子绕组和励磁线圈。还应当理解绕组102可以可选地连接为具有共同中性点的Y型结构。
进一步如图1中所示，利用电压调节器110调节和控制由交流发电机101产生的输出电压的大小，并由此控制施加于电池108和相关的车辆负载(例如，通过开关114连接的负载112)的(直流)充电电压。控制通过如图1所示的高端交流发电机端子“F+”供给励磁线圈104的励磁电流的大小，也能达到同样的目的。其他具体关于由调节器110产生的通过励磁线圈104的电流的形成在下文进一步具体介绍。
本领域的技术人员也可以认识到与交流发电机关联的其他标准化端子，包括：高端电池输出端子“B+”，用于监控交流发电机的AC输出电压的相电压端子“P”，用于提供交流发电机与地之间连接的接地端子“E”。电子控制模块116(ECM)，可以代表车辆的主计算机，当点火开关120关闭时通过调节器110的灯端子“L”接收充电报警灯信号以控制充电报警灯118。ECM 116还通过端子“Fm”接收转子开关信号，其表示施加于励磁线圈104的励磁电流信号F+。
参见图2，其表示了如图1所示的电压调节器110的最基本部分的详细示意图。为了简化，调节器110的各种分立电子元件(例如，电阻、电容等)没有在图2中表示。其中具有控制逻辑代码的微控制器122通过设置于其内部的模数转换器(ADC)以数字形式接收交流发电机充电系统的电压反馈。根据检测到的系统电压与预定的系统运行电压之间的比较，微控制器产生耦合到高端驱动器124的PWM输出信号(PWM_DC)。而高端驱动器124为晶体管126的控制端(例如，门极)提供脉冲开关信号。根据脉冲信号的占空比，晶体管开关的打开/闭合切换使励磁电流间断地流过励磁线圈104。在占空比的“关闭”期间，励磁线圈中的能量通过续流二极管128耗散。
如上所述，调节器110试图维持充电系统电压的预定水平(定直)。当充电系统的电压下降低于该定值时，调节器110通过增加PWM_DC电流的占空比提高励磁电流的水平。相反地，当充电系统的电压上升高于该定值时，调节器110通过减小PWM_DC电流的占空比降低励磁电流的水平。
进一步如上所述，施加在高端驱动器124上的PWM_DC信号可以包括响应于车辆负载状态变化的瞬态脉冲(例如，最小、最大占空比脉冲)。据此，图3为如图1和图2所示的电压调节器和ECM的方框图，根据发明所示的实施例说明了为ECM提供调节器开关信息的方法。除了施加于高端驱动器124上的第一PWM输出信号(PWM_DC)以外，微控制器122还产生通过驱动器装置130(例如，倍压器)传送至ECM的第二PWM输出信号(DClinear)。与第一PWM输出信号PWM_DC不同，第二PWM输出信号PWM DClinear表示平均PWM信号，不包括在占空比脉冲中的瞬态变化。例如，DClinear表示微控制器122内部计算出的线性PWM值，直到此时还没有从微控制器122向外部传送。因此，虽然发送到ECM 116的Fm(或者逻辑互补的DFm)信号通常表示施加于励磁线圈的F+信号，但是Fm在这里将表示平均的经滤波的PWM信号。
在一实施例中，微控制器122内产生的第一计时信号(T1)控制PWM_DC，而PWM_DC驱动交流发电机的励磁线圈信号F+。在微控制器122内产生的第二控制信号(T2)控制DClinear，而DClinear驱动传送给ECM 116的平均PWM信号。最后，图4为将未滤波的、施加于交流发电机励磁线圈的调节器控制信号F+与已滤波的、传送到车辆ECM的平均PWM控制信号Fm进行比较的波形图。Fm的PWM是F+的平均值，但是Fm的频率可以按用户需求编程。例如，F+的频率在占空比为50％时可以为400Hz，而Fm的频率在占空比为50％时可以为100Hz。
虽然上述的示例方法描述为在微控制器122内部的软件中执行，但本领域的技术人员也可以认识到该逻辑还能通过例如配置在ASIC型调节器中的硬件执行。因此，如上所述，本发明的方法实施例可以采用执行这些程序的计算机或控制器和用于实现这些过程的装置的形式。本发明也可以实现为有形介质中包括指令的计算机程序代码的形式，例如软盘、CD-ROM、硬盘或者其他计算机可读存储介质，其中，当计算机或者控制器下载和执行计算机程序代码时，计算机变为实现本发明的装置。
虽然已经参考优选实施例或者其他实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员可以认识到做出各种变化和进行元件等效替代不背离本发明的保护范围。另外，为适应特定的情况或者材料对本发明的教导所作的众多修改也不背离本发明的实质保护范围。因此，本发明不限于作为实施本发明的最佳实施方式而公开的具体实施例，但是本发明包含所有落入权利要求范围内的实施例。

Claims (20)

1.一种向车载计算机传送电压调节器开关信息的方法，包括：
从电压调节器产生第一输出信号，第一输出信号设置为调节与之关联的发电装置的励磁电流；以及
从电压调节器产生第二输出信号，将第二输出信号传送至车载计算机，第二输出信号进一步指示第一输出信号的状态；
其中第二输出信号代表第一输出信号的平均值，具有从第一输出信号中过滤出的瞬时值。
2.如权利要求1所述的方法，其中第一和第二输出信号进一步包括脉冲宽度调制(PWM)信号。
3.如权利要求2所述的方法，其中第一输出信号包括瞬态PWM脉冲，瞬态脉冲响应于发电装置的负载状态变化。
4.如权利要求1所述的方法，其中第一和第二输出信号由包含在电压调节器中的微控制器产生。
5.如权利要求4所述的方法，其中微控制器使用第一计时器产生表示第一输出信号的第一脉冲宽度调制(PWM)信号，第一PWM信号包括响应于发电装置的负载状态变化的瞬态脉冲，并且其中微控制器使用第二计时器产生表示第二输出信号的第二脉冲宽度调制(PWM)信号，第二PWM信号包括不含有瞬态PWM脉冲的平均PWM信号。
6.一种存储介质，包括：
一种计算机可读计算机程序代码，其用来执行将电压调节器开关信息传送至车辆电子控制模块；以及
使计算机执行一种方法的指令，所述方法包括：
从电压调节器产生第一输出信号，第一输出信号设置为调节与之关联的发电装置的励磁电流；以及
从电压调节器产生第二输出信号，将第二输出信号传送至车载计算机，第二输出信号进一步指示第一输出信号的状态；
其中第二输出信号代表第一输出信号的平均值，具有从第一输出信号中过滤出的瞬时值。
7.如权利要求6所述的存储介质，其中，第一和第二输出信号进一步包括脉冲宽度调制(PWM)信号。
8.如权利要求7所述的存储介质，其中第一输出信号包括瞬态PWM脉冲，瞬态脉冲响应于发电装置的负载状态变化。
9.如权利要求6所述的存储介质，其中第一和第二输出信号由包含在电压调节器中的微控制器产生。
10.如权利要求9所述的存储介质，其中微控制器使用第一计时器产生表示第一输出信号的第一脉冲宽度调制(PWM)信号，第一PWM信号包括响应于发电装置的负载状态变化的瞬态脉冲，并且其中微控制器使用第二计时器产生表示第二输出信号的第二脉冲宽度调制(PWM)信号，第二PWM信号包括不含有瞬态PWM脉冲的平均PWM信号。
11.一种用于发电机的电压调节器，包括：
电子装置，其配置为将发电机的输出电压与其所需的定值电压相比较；以及
该电子装置进一步配置为产生调节发电机励磁电流的第一输出信号；以及
该电子装置进一步配置为产生传送至车载计算机的第二输出信号，第二输出信号进一步指示第一输出信号的状态；
其中第二输出信号代表第一输出信号的平均值，具有从第一输出信号中过滤出的瞬时值。
12.如权利要求11所述的电压调节器，其中第一和第二输出信号进一步包括脉冲宽度调制(PWM)信号。
13.如权利要求12所述的电压调节器，其中第一输出信号包括瞬态PWM脉冲，瞬态脉冲响应于发电装置的负载状态变化。
14.如权利要求11所述的电压调节器，其中电子装置进一步包括微控制器。
15.如权利要求14所述的电压调节器，其中微控制器进一步包括：
第一计时器，其配置为产生表示第一输出信号的第一脉冲宽度调制(PWM)信号，第一PWM信号包括响应于发电装置的负载状态变化的瞬态脉冲；以及
第二计时器，其配置为产生表示第二输出信号的第二PWM信号，第二PWM信号包括不含有瞬态PWM脉冲的平均PWM信号。
16.一种车辆充电系统，包括：
交流发电机，在其固定部分具有一个或多个定子绕组，在其旋转部分具有一个励磁线圈；
电压调节器，其配置为通过控制流经励磁线圈的励磁电流来调节交流发电机的输出电压，电压调节器进一步包括：
电子装置，其配置为产生调节励磁电流的第一输出信号；以及
该电子装置进一步配置为产生传送至车载计算机的第二输出信号，第二输出信号进一步指示第一输出信号的状态；
其中第二输出信号代表第一输出信号的平均值，具有从第一输出信号中过滤出的瞬时值。
17.如权利要求16所述的车辆充电系统，其中第一和第二输出信号进一步包括脉冲宽度调制(PWM)信号。
18.如权利要求17所述的车辆充电系统，其中第一输出信号包括瞬态PWM脉冲，瞬态脉冲响应于发电装置的负载状态变化。
19.如权利要求18所述的车辆充电系统，其中电子装置进一步包括微控制器。
20.如权利要求19所述的车辆充电系统，其中微控制器进一步包括：
第一计时器，其配置为产生表示第一输出信号的第一脉冲宽度调制(PWM)信号，第一PWM信号包括响应于发电装置的负载状态变化的瞬态脉冲；以及
第二计时器，其配置为产生表示第二输出信号的第二PWM信号，第二PWM信号包括不含有瞬态PWM脉冲的平均PWM信号。
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