CN101378202B - 使用平均状态信号的车辆用电压控制器 - Google Patents

Abstract

在一种车辆用电压控制器中，电压控制装置通过控制经过安装在车辆上的发电机的场绕组的场电流，来控制发电机的输出电压以及与发电机相连的电池的端子电压。执行此控制的方法是操作与场绕组相连的开关装置以使得该开关装置间歇地导通。信号生成装置通过以预定测量周期测量发电机的状态来生成状态信号。信号平均装置对发电机状态信号执行指数加权平均。信号平均装置在预定取平均周期内执行取平均并在每个预定测量周期更新取平均的结果。

Description

使用平均状态信号的车辆用电压控制器

技术领域

本发明涉及一种车辆用电压控制器，特别而言，涉及一种控制车辆如汽车和卡车用的发电机的输出电压的电压控制器。

背景技术

传统上，安装在车辆上的发电机的电压基于发电机的被检测状态信号(其中该信号是平均值)来控制。例如，在国际公布号WO2005/031964中，可获知一种配置，其中由与车辆用发电机的场绕组相连的开关装置的导通速率(例如，功率晶体管的占空比)生成发电机状态信号。在预定周期内持续测量导通速率并计算平均值。所生成的发电机状态信号从稳压器传送到电子控制单元(即ECU)。

在国际公布号WO2005/031964中公开的传统方法中，在预定周期内持续测量导通速率并对其取平均。因此，发电机状态信号的被更新的时间内容是每个预定周期。即使当车辆用发电机的状态在该预定周期内改变时，该改变也不实时地反映在发电机状态信号中。因此，出现发电机状态信号的可靠性低下的问题。因为ECU基于这样的不可靠发电机状态信号来执行发动机控制，所以发动机控制变得不稳定。在最坏的情况下，发动机控制可能停止。为了防止这样的情况，需要缩短该预定周期，并且需要使得发电机状态信号的内容被更新的时间更频繁。然而，在此情形下，通过测量获得的导通速率不能被充分地取平均。噪声等效应导致误差增大。所输出的发电机状态信号的可靠性仍然低下，从而对发动机控制造成负面影响。

发明内容

鉴于上述问题而实现了本发明。本发明的一个目的是提供可改善发电机状态信号的可靠性的车辆用电压控制器。

为了解决上述问题，本发明的车辆用电压控制器包括：

电压控制装置，其通过操作与安装在车辆上的发电机的场绕组相连的开关装置以使得开关装置间歇地导通从而控制经过场绕组的场电流，来控制发电机的输出电压以及与发电机相连的电池的端子电压；

信号生成装置，其通过以预定测量周期测量发电机的状态来生成发电机状态信号；以及

信号平均装置，其对由信号生成装置生成的发电机状态信号执行指数加权移动平均(Exponentially Weighted Moving Averaging)(下文中称为EWM平均)，其中信号平均装置在预定取平均周期内执行取平均并在每个预定测量周期更新取平均的结果。

具体而言，信号生成装置优选地生成开关装置的占空比和流到场绕组的电流的电流值中的至少一种作为发电机状态信号。可替选地，信号生成装置优选地生成车辆用发电机的旋转频率、车辆用发电机的温度和车辆用发电机的输出电压中的至少一种作为发电机状态信号。因为通过将发电机状态信号取平均获得的结果作为发电机控制信号被传送到外部控制器，所以每当车辆用发电机的状态改变时，改变的细节可得到反映。发电机控制信号的可靠性可得以改善。

优选地，开关装置以预定周期重复地自身接通和关断。因此，发电机状态信号(其内容是开关装置的占空比和流到场绕组的电流的电流值)的测量精度可得以提高。

信号生成装置优选地无论开关装置是否在工作，都以等于开关装置的预定周期的预定测量周期测量占空比或电流值并生成发电机状态信号。由于与开关装置的预定周期合拍地测量占空比和电流值，这些测量的精度可进一步提高。

信号平均装置优选地依据车辆用发电机的状态来改变EWM平均周期。因此，当所需响应特性视车辆用发电机的状态而不同时(例如，当发电机旋转频率过高或过低时，或者当发电机温度过高或过低时)，可改变取平均周期，并可输出适当灵敏度的发电机状态信号。

信号平均装置优选地依据从外部控制器发出的通信信号来改变EWM平均周期。因此，当所需响应特性视车辆状态而不同时(例如，当发动机旋转频率过高或过低时，或者当冷却剂温度过高或过低时)，可通过用来自外部控制器的指令改变取平均周期来输出适当灵敏度的发电机状态信号。

信号平均装置优选地将EWM平均周期设置为与场绕组的时间常数相对应的周期。由于发电机状态信号(其内容是开关装置的占空比和流到场绕组的电流的电流值)的取平均周期被设置为与场绕组的时间常数相对应的频率，可得以输出具有接近真实值的高测量精度的发电机状态信号。

当由信号生成装置生成的发电机状态信号具有持续预定时间量或预定连续次数的相同值时，信号平均装置输出其中持续该相同值的发电机状态信号，而不输出经平均的发电机状态信号。因此，当开关装置的占空比被取平均并且0％或100％状态持续预定时间量或预定连续次数时，可通过将取平均结果改变为0％或100％来输出具有接近真实值的高测量精度的发电机状态信号。

附图说明

在附图中：

图1是示出了包括根据一个实施例的车辆用电压控制器在内的车辆用发电机的配置的图。

图2是示出了与发电机状态信号的传送相关的、由车辆用电压控制器执行的操作的流程图。

图3是示出了通过EWM平均获得的发电机状态信号的说明图。

图4是示出了通过传统方法取平均得到的发电机状态信号的说明图。

具体实施方式

参照附图1-3描述根据本发明的一个实施例的车辆用电压控制器。图1是示出了包括根据此实施例的电压控制器在内的车辆用发电机的配置的图。图1还示出了车辆用发电机与电池、外部控制器等之间的连接。如图1所示，根据此实施例的车辆用发电机2包括整流器20、场绕组21、电枢绕组22和车辆用电压控制器1。车辆用发电机2由发动机通过皮带和滑轮来驱动。

通过通电来使场绕组21生成磁场。场绕组21卷绕在场磁极上，从而构成转子。电枢绕组22是多相绕组(例如三相绕组)。电枢绕组卷绕在电枢芯上，从而构成电枢。场绕组21所生成的磁场的变化导致电枢绕组22生成电动势。电枢绕组22所感生的交变电流输出被供给到整流器20。整流器20对来自电枢绕组22的交变电流输出执行全波整流。整流器20的输出作为车辆用发电机2的输出而被输出。然后，该输出经由电池3、电负载开关4等供给到电负载5。车辆用发电机2的输出依赖于转子的旋转频率和流到场绕组21的场电流的量而变化。车辆用电压控制器1由场电流控制。

担当外部控制器的车辆侧控制器6与车辆用发电机2相连。车辆侧控制器6基于从车辆用电压控制器1发出的发电机状态信号(下文将详细描述)和其它信息来控制发动机旋转等。

接下来，描述车辆用电压控制器1的细节。车辆用电压控制器1包括电压控制电路11、旋转频率检测电路12、温度检测电路13、驱动工作期(duty)检测电路14、场电流检测电路15、输出电压检测电路16、指数加权移动平均电路17、通信控制电路18、开关晶体管114、续流二极管(free-wheeling diode)115以及旁路电阻器116。

电压控制电路11包括电阻器111和112以及电压比较器113。在电压比较器113中，参考电压Vref被输入到正输入端子，检测电压被输入到负输入端子。该检测电压是通过由电阻器111和112构成的分压电路分压后的车辆用发电机2的输出电压(B端子电压或电池3的端子电压)。代替B端子电压被分压，电池3的端子电压可被引入并分压。然后，分压后的端子电压可被施加到电压比较器113的负输入端子。参考电压Vref可以是恒定电压(比如等于稳定电压的值)。然而，根据此实施例，为了以预定周期间歇地控制开关晶体管114，使用其电压值周期性地变化以形成锯齿波形或三角波形的参考电压Vref(以预定周期间歇地控制开关晶体管114的方法不限于此，还可使用其它方法)。电压比较器113的输出端子连接到开关晶体管114。在开关晶体管114中，基极连接到电压比较器113的输出端子，集电极经由续流二极管115连接到车辆用发电机2的输出端子(B端子)，发射极经由旁路电阻器116和接地端子(E端子)接地。开关晶体管114的集电极还连接到场绕组21。当开关晶体管114接通时，场电流流到场绕组21。当开关晶体管114关断时，电流被阻止。续流二极管115与场绕组21并联连接。当开关晶体管114关断时，续流二极管115使流到场绕组21的场电流再循环。

旋转频率检测电路12基于经由P端子输入的电枢绕组22的相电压来检测发电机2的旋转频率。温度检测电路13使用预定温度传感器(未示出)来检测车辆用发电机2的温度。驱动工作期检测电路14检测开关晶体管114的驱动工作期作为占空比。场电流检测电路15基于旁路电阻器116上的电压降的值来检测流到场绕组21的场电流。输出电压检测电路16检测出现在发电机2的B端子处的输出电压。在每个检测电路检测(测量)到的检测值作为取平均前的发电机状态信号被输入到指数加权移动平均电路17。

指数加权移动平均电路17对分别输入自旋转频率检测电路12、温度检测电路13、驱动工作期检测电路14、场电流检测电路15和输出电压检测电路16的发电机状态信号执行EWM平均过程。经平均的发电机状态信号被输入到通信控制电路18，并根据与车辆侧控制器6决定的协议被传送到车辆侧控制器6。

上述开关晶体管114对应于开关装置。电压控制电路11对应于电压控制装置。旋转频率检测电路12、温度检测电路13、驱动工作期检测电路14、场电流检测电路15和输出电压检测电路16对应于发电机状态信号生成装置。指数加权移动平均电路17对应于信号平均装置。通信控制电路18对应于通信装置。

根据本发明的车辆用电压控制器1如上所述那样配置。接下来，描述从发电机状态信号的检测到传送所执行的操作。图2是与发电机状态信号的传送相关的、由车辆用电压控制器1执行的操作的流程图。

旋转频率检测电路12、温度检测电路13、驱动工作期检测电路14、场电流检测电路15和输出电压检测电路16测量最新发电机状态信号V(步骤100)。接下来，指数加权移动平均电路17使用最新发电机状态信号V执行EWM平均并计算最新平均值AV(步骤101)。通信控制电路18向车辆侧控制器6发送最新平均值AV，作为经平均的发电机状态信号(步骤102)。因为在步骤101计算得到的最新平均值AV被用在后一取平均过程中，所以最新平均值AV被存储在指数加权移动平均电路17中(步骤103)。上述一系列操作以预定周期、优选为与开关晶体管114的间歇周期相同的周期进行重复。

接下来，描述在步骤101执行的EWM平均过程的细节。如果通过步骤100的测量操作获得的最新发电机状态信号是V_n+1，在步骤101计算得到的最新平均值是AV_n+1，在步骤103记录的前一周期的平均值是AV_n，取平均频率是N，则可使用如下等式计算最新平均值AV_n+1：

AV_n+1＝(V_n+1+(N-1)×AV_n)/N

使用此等式执行步骤101中的最新平均值AV_n+1的计算。通过将前一周期的平均值AV_n重写为最新平均值AV_n+1来执行步骤103中的平均值的存储。

上述取平均等价于连续测得的预定数目的发电机状态信号的移动平均。被移动平均的该预定数目等于取平均频率N。换言之，在图2所示的一系列操作中，计算N个最新发电机状态信号的测量值的平均值。在从步骤103返回到步骤100之后执行的下一系列操作中，删除先前N个发电机状态信号中最旧的发电机状态信号。代替之，添加通过最新的测量操作获得的发电机状态信号。计算这时N个最新发电机状态信号的测量值的平均值。最新平均值可通过重复该操作来确定。

图3是通过取平均获得的发电机状态信号的说明图。在图3中，“驱动工作期测量值”表示担当由驱动工作期检测电路14测得的发电机状态信号的驱动工作期(占空比)。“平均值”表示由指数加权移动平均电路17计算得到的平均值。水平轴表示经过的时间t。图4是通过传统方法取平均得到的发电机状态信号的说明图。

如图3所示，根据此实施例，每当测量新的发电机状态信号时，计算新的平均值。另一方面，如图4所示，在该传统方法中，每到预定的时间量(在图4所示的例子中，时间量等于开关晶体管的四个间歇周期)时计算平均值(发电机状态信号)，因此，在发电机状态信号被输出后，即使当发电机的状态改变时，该改变也不反映在随后四个周期内的发电机状态信号的内容中。

以此方式，按照根据此实施例的车辆用电压控制器1，通过对发电机状态信号取平均获得的结果作为发电机控制信号被传送到车辆侧控制器6。因此，每当车辆用发电机2的状态改变时，改变的细节可得到反映。发电机控制信号的可靠性可得以改善。

由于以预定周期间歇地控制开关晶体管114，发电机状态信号(其内容是开关晶体管114的占空比和流到场绕组21的电流的电流值)的测量精度可得以提高。

无论间歇控制是否被实际执行，都以与开关晶体管114的间歇周期相同的周期测量占空比和电流值(图3中V_n+10后的测量操作)并生成发电机状态信号。由于与开关晶体管114的间歇周期合拍地测量占空比和电流值，这些测量的精度可进一步提高。

本发明不限于上述实施例。在本发明的精神的范围内的各种变化实施例是可能的。例如，指数加权移动平均电路17可依据车辆用发电机2的状态来改变取平均频率N。因此，当所需响应特性视车辆用发电机2的状态而不同时(例如，当发电机旋转频率高和低时，或者当发电机温度高和低时)，可改变取平均频率，并可输出适当灵敏度的发电机状态信号。

指数加权移动平均电路17可依据从车辆侧控制器6发出的通信信号来改变取平均频率N。例如，通信信号由通信控制电路18或其它电路接收并被输入到指数加权移动平均电路17。因此，当所需响应特性视车辆状态而不同时(例如，当发动机旋转频率过高或过低时，或者当冷却剂温度过高或过低时；假定从车辆侧控制器6发出的通信信号包括关于发动机旋转频率和制冷剂温度的信息)，可通过由来自车辆侧控制器6的指令改变取平均频率来输出适当灵敏度的发电机状态信号。

指数加权移动平均电路17可将取平均频率N设置为与场绕组21的时间常数相对应的频率。由于发电机状态信号(其内容是开关晶体管114的占空比和流到场绕组21的电流的电流值)的取平均频率被设置为与场绕组21的时间常数相对应的频率，可得以输出具有接近真实值的高测量精度的发电机状态信号。

在输入的发电机状态信号中，当相同值持续预定时间量或持续预定连续次数时，指数加权移动平均电路17可输出其中持续该相同值的发电机状态信号，而不输出经平均的发电机状态信号。因此，当开关晶体管114的占空比被取平均并且0％或100％状态持续预定时间量或预定连续次数时，可通过将EWM平均结果改变为0％或100％来输出具有接近真实值的高测量精度的发电机状态信号。

Claims (20)

1.一种电压控制器，其连接到安装于车辆上的发电机，所述发电机具有连接到开关装置的场绕组，并且所述发电机被连接到电池，所述电压控制器包括：

电压控制装置，其通过控制经过所述发电机的所述场绕组的场电流来控制所述发电机的输出电压以及所述电池的端子电压，所述场电流通过操作所述开关装置间歇地导通来控制；

信号生成装置，其通过以预定测量周期测量所述发电机的状态来生成发电机状态信号；以及

信号平均装置，其对由所述信号生成装置生成的所述发电机状态信号执行指数加权平均，其中所述信号平均装置在预定取平均周期内执行所述取平均并在所述每个预定测量周期更新所述取平均的结果。

2.根据权利要求1所述的电压控制器，进一步包括：

通信装置，其与车辆侧控制器通信，其中所述车辆侧控制器接收由所述信号平均装置取平均得到的所述经平均的发电机状态信号，并将由所述车辆侧控制器生成的通信信号发送到所述信号平均装置。

3.根据权利要求2所述的电压控制器，其中：

所述信号生成装置生成间歇地导通的所述开关装置的占空比和流到所述场绕组的所述场电流的电流值中的至少一种作为所述发电机状态信号。

4.根据权利要求2所述的电压控制器，其中：

所述信号生成装置生成所述发电机的旋转频率、所述发电机的温度和所述发电机的输出电压中的至少一种作为所述发电机状态信号。

5.根据权利要求3所述的电压控制器，其中：

所述开关装置以预定周期间歇地导通。

6.根据权利要求5所述的电压控制器，其中：

所述信号生成装置无论所述开关装置是否在工作，都以等于所述开关装置的所述预定周期的所述预定测量周期测量所述占空比或所述电流值并生成所述发电机状态信号。 

7.根据权利要求1所述的电压控制器，其中：

所述信号平均装置依据所述发电机的状态来改变所述预定取平均周期。

8.根据权利要求3所述的电压控制器，其中：

所述信号平均装置依据所述发电机的状态来改变所述预定取平均周期。

9.根据权利要求4所述的电压控制器，其中：

所述信号平均装置依据所述发电机的状态来改变所述预定取平均周期。

10.根据权利要求5所述的电压控制器，其中：

所述信号平均装置依据所述发电机的状态来改变所述预定取平均周期。

11.根据权利要求6所述的电压控制器，其中：

所述信号平均装置依据所述发电机的状态来改变所述预定取平均周期。

12.根据权利要求2所述的电压控制器，其中：

所述信号平均装置依据从所述车辆侧控制器发出的所述通信信号来改变所述预定取平均周期。

13.根据权利要求3所述的电压控制器，其中：

所述信号平均装置依据从所述车辆侧控制器发出的所述通信信号来改变所述预定取平均周期。

14.根据权利要求4所述的电压控制器，其中：

所述信号平均装置依据从所述车辆侧控制器发出的所述通信信号来改变所述预定取平均周期。

15.根据权利要求5所述的电压控制器，其中：

所述信号平均装置依据从所述车辆侧控制器发出的所述通信信号来改变所述预定取平均周期。

16.根据权利要求6所述的电压控制器，其中：

所述信号平均装置依据从所述车辆侧控制器发出的所述通信信号来 改变所述预定取平均周期。

17.根据权利要求1所述的电压控制器，其中：

所述信号平均装置将所述预定取平均周期设定为与所述场绕组的时间常数相对应的周期。

18.根据权利要求3所述的电压控制器，其中：

所述信号平均装置将所述预定取平均周期设定为与所述场绕组的时间常数相对应的周期。

19.根据权利要求5所述的电压控制器，其中：

所述信号平均装置将所述预定取平均周期设定为与所述场绕组的时间常数相对应的周期。

20.根据权利要求1所述的电压控制器，进一步包括：

确定装置，用于确定由所述信号生成装置生成的所述发电机状态信号的值是否在预定时间量或预定连续次数内未改变；以及

替选输出装置，用于当所述确定装置确定所述发电机状态信号的值在预定时间量或预定连续次数内未改变时输出所述发电机状态信号的固定值而不是被取平均的发电机信号。 

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