CN102647140B - 一种基于pcm控制的汽车发电机电压调节方法 - Google Patents

Abstract

一种基于PCM控制的汽车发电机电压调节方法，其电压调节器，包括中央处理单元，分别与中央处理单元相连接的用来检查蓄电池的电压采样电路、用来为电压调节器和PCM提供双向信息流的通信模块、励磁控制电路和转速采样电路。电压调节步骤如下：RC激活或自启动、PCM激活后电压监测及控制、负载反馈及故障报警，具备电压调节、高低压报警、PCM通信、PCM激活和自启动、负载指示反馈及故障反馈报警，并可实现PCM对发电机Vset值的控制，设定一个更适合的怠速速度，可以改善蓄电池的使用寿命、怠速稳定性和发动机的性能，提高交流发电机和发动机的可靠性。

Description

一种基于PCM控制的汽车发电机电压调节方法

技术领域

本发明涉及一种基于PCM控制的汽车发电机电压调节方法，可以实现汽车PCM对汽车发电机的控制，执行PCM发出的电压调节信息，兼顾无汽车PCM控制的汽车发电机调节功能，适用于中高档汽车的充电系统。

背景技术

发电机提供汽车电气系统的电压并给蓄电池充电。当发动机驱动转子时，磁场旋转，在定子绕组中产生交流电压，交流电压由整流器转换为直流并供给蓄电池所连接的电气系统。电压调节器是通过调节交流发电机的激磁电流来调节发电机的输出电压。在运行过程中，当系统电压下降时，电压调节器提高激磁电流来增加交流发电机的输出电压，直到恢复系统电压。当负载减小导致系统电压上升时，激磁电流减小。

汽车用电设备的增加，要求发电机具有越来越高的输出功率，发动机也要提高扭矩负载，负载的增加极大地影响了发动机动力系统特性。通常情况下电压调节器是以比例控制模式运行，除非检测到车辆充电系统中电压突然降低时，即系统负载突然增大时，电压调节器会按照预设的时间模式进行，发电机电压沿斜坡上升到电压调节器的Vset值，这就是所说的“负载响应控制”，这种功能可以防止发动机怠速时增加车辆用电负载导致车辆熄火。

现代汽车越来越重视将发电机集成到汽车网络系统中去。目前，市场上一些制造商已经实现了电压调节器和PCM之间的反馈连接，即调节器通过负载指示端将发电机的负载情况反馈给PCM，由PCM控制发动机分配机械能。这种单向通信可以起到指示负载的功效，但不能改变发电机发电电压，以降低发电机的负载损耗。

此外一方面国内制造商难于实现发电机与PCM的双向通信功能，另一方面，国外制造商实现利用集成电路实现类似功能，但价格昂贵。这些类型的系统均有局限性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于PCM控制的汽车发电机电压调节方法，具备电压调节功能、高低压报警功能、PCM通信功能、PCM激活和自启动功能、负载指示反馈及故障反馈报警功能，并可实现PCM对发电机Vset值的控制，设定一个更适合的怠速速度，可以改善蓄电池的使用寿命、怠速稳定性和发动机的性能，提高交流发电机和发动机的可靠性。

本发明的技术解决方案是:

一种基于PCM控制的汽车发电机电压调节方法，其特殊之处是：

1、采用数模混合电路

采用由中央处理单元，分别与中央处理单元相连接的用来检查蓄电池电压的电压采样电路、用来为电压调节器和PCM提供双向信息流的通信模块、励磁控制电路和转速采样电路组成的电压调节器，通信模块设有负载指示端即LI端和接收控制端即RC端并且与PCM相连接；

2、RC激活或自启动

当驾驶员将汽车启动后，PCM通过给电压调节器RC端脉宽信号，激活电压调节器工作，电压调节器供电；当驾驶员将车启动后，PCM没有给电压调节器RC端脉宽信号，电压调节器通过转速采样电路检测发电机转速达到2500转/分钟时，电压调节器自启动，电压调节器供电，电压调节器对发电机输出电压进行控制；

3、PCM激活后电压监测及控制

当发电机转速小于1000转/分钟时，判断蓄电池电压是否小于等于Vset，如是励磁控制电路输出占空比信号30%，如不是励磁控制电路输出占空比信号5%；

当发电机转速大于等于1000转/分钟时，对蓄电池电压进行监测，当蓄电池电压监测端断路时，对发电机电压进行监测，当充电系统没有故障时，PCM检测到励磁线圈占空比为5%～95%区间的一个数值，电压调节器对发电机输出电压进行控制；

4、蓄电池电压监测 

电压调节器利用电压采样电路，检测蓄电池的电压，确定其是否超过高压报警阈值，或低于低压报警阈值；

当蓄电池电压降至低压报警阈值以下并持续至设定时间时，中央处理单元将输出报警信号，使LI端搭铁，该信息通过LI端发给PCM，通知其蓄电池电压过低，PCM做出相应的反应；

当蓄电池电压升高至高压报警阈值以上并持续至设定时间时，中央处理单元将输出报警信号，使LI端搭铁，该信息通过LI端发出给PCM，通知其蓄电池电压过高，PCM做出相应的反应；

5、发电机电压监测 

 PCM监测发电机电压水平并将其作为第二参考电压记录下来，当蓄电池电压监测端断路时，电压调节器会以此电压作为参考，继续进行调节作用；

当发电机电压降至低压报警阈值以下并持续至设定时间时，中央处理单元将输出报警信号，使LI端搭铁，提示发电机电压过低，该信息通过LI端发给PCM， PCM做出相应的反应；

当发电机电压升高至高压报警阈值以上并持续至设定时间时，中央处理单元将输出报警信号，使LI端搭铁，提示发电机电压过高，该信息通过LI端发给PCM， PCM做出相应的反应；

6、发电机输出电压控制 

PCM通过RC端根据实时负载情况动态地控制发电机输出电压，实现对发电机Vset值的控制；即发动机运行时， PCM确定蓄电池所需电压后，发送相应占空比的脉宽信号至电压调节器，电压调节器根据接收控制端RC上的脉宽调制信号来控制发电机励磁电流的大小，最终将发电机输出电压调整在12.0V--16.0V中某一值；脉宽调制信号占空比在5%以下或95%以上时，电压调节器将发电机输出电压默认为13.5或13.6V；如果RC端无输入信号，PCM无法对发电机进行控制，电压调节器将发电机输出电压默认为13.5V或13.6V，作为普通的发电机电压调节器；

7、负载反馈及故障报警

PCM通过LI端监测发电机的负载反馈信号占空比和指示故障，负载反馈信号占空比设置成与发电机励磁线圈占空比信号同相或反相；

电压调节器通过LI端反馈给PCM交流发电机的负荷状态，让PCM计算出对应的负载扭矩，以补偿高负载；PCM使用这些信息管理扭矩变化，设定一个适合的发动机怠速速度，以节省能源；

如果是自启动电压调节器， PCM检测不到励磁线圈占空比；当电压调节器检测到充电系统故障时，将LI端搭铁，发信号通知PCM有故障存在，通过PCM开启充电指示灯和显示充电信息。

所述电压调节器通过LI端给PCM反馈故障信号，PCM识别这些信息并做出合适的校正行为，或者通过报警将这些故障情况传达给车辆的驾驶员。

所述电压调节器采用PID控制模式运行，实现转速特性<0.1V和负载特性<0.2V，即发电机调节器采用比例、积分、微分控制方法，能够使得外部电路结构简单，工作可靠，适应汽车发电机运行的复杂环境。

所述高压报警阈值是17.5V～18.5V，所述低压报警阈值是8V～9V。

所述设定时间为0.3s～0.8s的某一值。

所述故障包括转子或定子线圈开路和短路、激磁MOS短路引起的系统过压、激磁MOS开路及整流器二极管故障。

一种基于PCM控制的汽车发电机电压调节器，包括中央处理单元，分别与中央处理单元相连接的用来检查蓄电池的电压采样电路、用来为电压调节器和PCM提供双向信息流的通信模块、励磁控制电路和转速采样电路。

所述中央处理单元、电压采样电路、通信模块、励磁控制电路和转速采样电路集成为厚膜电路。

本发明的有益效果是：

1、具有智能控制的电压调节功能、高低压报警功能、通信功能、PCM激活和自启动功能、负载反馈及故障报警功能；特别是通过提供PCM和发电机电压调节器之间的通信，提升了供电系统的稳定，同时提高了蓄电池的使用寿命，降低了燃料损耗，改进了发动机的性能。

2、可实现PCM对发电机Vset值(设定电压)的控制，允许PCM根据实时负载情况动态地控制发电机输出电压。

3、可以反馈给PCM交流发电机的负荷状态，让PCM计算出对应的负载扭矩。因此，PCM使用这些信息更好地管理扭矩变化，这样就可以设定一个更适合的怠速速度，怠速更稳定。例如，PCM通过缓慢增加每分钟转速来解决交流发电机在空转时发电机功率输出不够的问题，最终形成稳定的系统电压，防止电池耗尽；PCM可以识别到怠速时突变的功率消耗，并再次增加发电机的每分钟转速防止电池耗尽，从而改善车载蓄电池的充电状态，延长蓄电池寿命，提高发电机输出效率，节省汽车能源。除报告交流发电机的负荷状态，电压调节器通过LI端可以给PCM反馈电气和机械故障信号。

4、将调节器电路制作成厚膜电路，有效地改善高温耐久，散热等问题，提高交流发电机和发动机的可靠性。

附图说明

图1是本发明的电路原理图；

图2是本发明中电压调节器的电路方框图；

图3是本发明的控制流程图。

图中：电压调节器1、PCM2、交流发电机3、整流二极管4、励磁线圈5、蓄电池6、中央处理单元101、电压采样电路102、通信模块103、励磁控制电路104、转速采样电路105。

具体实施方式

该基于PCM控制汽车发电机电压调节方法，具体过程如下：

1、数模混合电路

一个机动车的供电系统包括交流发电机3、整流二极管4、励磁线圈5、电压调节器1、PCM（动力输出控制单元）2。所述电压调节器1是由用来提供信号采集和处理功能的中央处理单元101，分别与中央处理单元101相连接的用来检查蓄电池6正极与负极间的电压采样电路102、用来为电压调节器1和PCM2提供双向信息流的通信模块103、励磁控制电路104和转速采样电路105组成，并具有发电机输出接线端B+、蓄电池接线端S、负载指示端LI、接收控制端RC、相位端P、激励端F，所述的中央处理单元101，电压采样电路102、通信模块103、励磁控制电路104和转速采样电路105集成为厚膜电路。通信模块103通过LI端、RC端与PCM2相连接。PCM2根据蓄电池6电压和内部校准值，计算蓄电池6的充电状态和蓄电池6温度的估计值。

2、RC激活及自启动功能

当驾驶员将汽车启动后，PCM2通过给电压调节器1RC端脉宽信号，激活电压调节器1工作，电压调节器1供电；当驾驶员将车启动后，PCM2没有给电压调节器1RC端脉宽信号，电压调节器1通过转速采样电路105检测发电机3转速达到2500转/分钟时，电压调节器1自启动，电压调节器1供电，电压调节器1对发电机输出电压进行控制；

3、PCM激活后电压监测及控制

当发电机3转速小于1000转/分钟时，判断蓄电池6电压是否小于等于Vset，如是励磁控制电路104输出占空比信号30%，如不是励磁控制电路104输出占空比信号5%；

当发电机3转速大于等于1000转/分钟时，对蓄电池6电压进行监测，当蓄电池6电压监测端断路时，对发电机3电压进行监测，当充电系统没有故障时，PCM2检测到励磁线圈5占空比为5%～95%区间的一个数值，电压调节器1对发电机3输出电压进行控制；

4、蓄电池电压监测 

电压调节器1利用电压采样电路102，检测蓄电池6的电压，确定其是否超过高压报警阈值，或低于低压报警阈值；

当蓄电池电压降至低压报警阈值以下并持续至设定时间时，中央处理单元101将输出报警信号，使LI端搭铁，该信息通过LI端发给PCM2，通知其蓄电池电压过低，PCM2做出相应的反应；

当蓄电池电压升高至高压报警阈值以上并持续至设定时间时，中央处理单元101将输出报警信号，使LI端搭铁，该信息通过LI端发出给PCM2，通知其蓄电池电压过高，PCM2做出相应的反应；

5、发电机电压监测 

 PCM2监测发电机电压水平并将其作为第二参考电压记录下来，当蓄电池电压监测端断路时，电压调节器1会以此电压作为参考，继续进行调节作用；

当发电机电压降至低压报警阈值以下并持续至设定时间时，中央处理单元101将输出报警信号，使LI端搭铁，提示发电机输出电压过低，该信息通过LI端发给PCM2， PCM2做出相应的反应；

当发电机电压升高至高压报警阈值以上并持续至设定时间时，中央处理单元101将输出报警信号，使LI端搭铁，提示发电机输出电压过高，该信息通过LI端发给PCM2， PCM2做出相应的反应；

6、发电机输出电压控制 

PCM2通过RC端根据实时负载情况动态地控制发电机输出电压，实现对发电机Vset值（设定电压）的控制；即发动机运行时， PCM2确定蓄电池6所需电压后，发送相应占空比的脉宽信号至电压调节器1，电压调节器1根据接收控制端RC上的脉宽调制信号来控制发电机励磁电流的大小，最终将发电机3输出电压调整在12.0V--16.0V中某一值；脉宽调制信号占空比在5%以下和95%以上时，电压调节器1将发电机3输出电压默认为13.5（或13.6V）；如果RC端无输入信号，PCM2无法对发电机3进行控制，电压调节器1将发电机3输出电压默认为13.5V（或13.6V），作为普通的发电机电压调节器；

7、负载反馈及故障报警

PCM2通过LI端监测发电机3的负载反馈信号占空比和指示故障，负载反馈信号占空比设置成与发电机励磁线圈5占空比信号同相或反相；

电压调节器1通过LI端反馈给PCM2交流发电机的负荷状态，让PCM2计算出对应的负载扭矩，以补偿高负载；PCM2使用这些信息管理扭矩变化，设定一个适合的发动机怠速速度，以节省能源；

如果是自启动电压调节器， PCM2检测不到励磁线圈占空比；当电压调节器1检测到充电系统故障时，将LI端搭铁，发信号通知PCM2有故障存在，通过PCM2开启充电指示灯和显示充电信息。

所述电压调节器1通过LI端给PCM2反馈故障信号，PCM2识别这些信息并做出合适的校正行为，或者通过报警将这些故障情况传达给车辆的驾驶员。

所述电压调节器1采用PID控制模式运行，实现转速特性<0.1V和负载特性<0.2V。

所述高压报警阈值是17.5V～18.5V，所述低压报警阈值是8V～9V，所述设定时间为0.3s～0.8s的某一值，本实施例中高压报警阈值是17.5V，所述低压报警阈值是9V，所述设定时间为0.5s，实际不受本实施例限制。

所述故障包括转子或定子线圈开路和短路、激磁MOS短路引起的系统过压、激磁MOS开路及整流器二极管故障。

Claims (6)

1.一种基于PCM控制的汽车发电机电压调节方法，其特征是：

1．1、采用数模混合电路

采用由中央处理单元，分别与中央处理单元相连接的用来检查蓄电池电压的电压采样电路、用来为电压调节器和PCM提供双向信息流的通信模块、励磁控制电路和转速采样电路组成的电压调节器，通信模块设有负载指示端即LI端和接收控制端即RC端并且与PCM相连接；

1.2、RC激活或自启动

当驾驶员将汽车启动后，PCM通过给电压调节器RC端脉宽信号，激活电压调节器工作，电压调节器供电；当驾驶员将车启动后，PCM没有给电压调节器RC端脉宽信号，电压调节器通过转速采样电路检测发电机转速达到2500转/分钟时，电压调节器自启动，电压调节器供电，电压调节器对发电机输出电压进行控制；

1.3、PCM激活后电压监测及控制

当发电机转速小于1000转/分钟时，判断蓄电池电压是否小于等于Vset，如是励磁控制电路输出占空比信号30%，如不是励磁控制电路输出占空比信号5%；

当发电机转速大于等于1000转/分钟时，对蓄电池电压进行监测，当蓄电池电压监测端断路时，对发电机电压进行监测，当充电系统没有故障时，PCM检测到励磁线圈占空比为5%～95%区间的一个数值，电压调节器对发电机输出电压进行控制；

1.4、蓄电池电压监测                                                    

电压调节器利用电压采样电路，检测蓄电池的电压，确定其是否超过高压报警阈值，或低于低压报警阈值；

当蓄电池电压降至低压报警阈值以下并持续至设定时间时，中央处理单元将输出报警信号，使LI端搭铁，该信息通过LI端发给PCM，通知其蓄电池电压过低，PCM做出相应的反应；

当蓄电池电压升高至高压报警阈值以上并持续至设定时间时，中央处理单元将输出报警信号，使LI端搭铁，该信息通过LI端发出给PCM，通知其蓄电池电压过高，PCM做出相应的反应；

1.5、发电机电压监测 

 PCM监测发电机电压水平并将其作为第二参考电压记录下来，当蓄电池电压监测端断路时，电压调节器会以此电压作为参考，继续进行调节作用；

当发电机电压降至低压报警阈值以下并持续至设定时间时，中央处理单元将输出报警信号，使LI端搭铁，提示发电机电压过低，该信息通过LI端发给PCM， PCM做出相应的反应；

当发电机电压升高至高压报警阈值以上并持续至设定时间时，中央处理单元将输出报警信号，使LI端搭铁，提示发电机电压过高，该信息通过LI端发给PCM， PCM做出相应的反应；

1.6、发电机输出电压控制 

PCM通过RC端根据实时负载情况动态地控制发电机输出电压，实现对发电机Vset值的控制；即发动机运行时， PCM确定蓄电池所需电压后，发送相应占空比的脉宽信号至电压调节器，电压调节器根据接收控制端RC上的脉宽调制信号来控制发电机励磁电流的大小，最终将发电机输出电压调整在12.0V--16.0V中某一值；脉宽调制信号占空比在5%以下或95%以上时，电压调节器将发电机输出电压默认为13.5或13.6V；如果RC端无输入信号，PCM无法对发电机进行控制，电压调节器将发电机输出电压默认为13.5V或13.6V，作为普通的发电机电压调节器；

1.7、负载反馈及故障报警

PCM通过LI端监测发电机的负载反馈信号占空比和指示故障，负载反馈信号占空比设置成与发电机励磁线圈占空比信号同相或反相；

电压调节器通过LI端反馈给PCM交流发电机的负荷状态，让PCM计算出对应的负载扭矩，以补偿高负载；PCM使用这些信息管理扭矩变化，设定一个适合的发动机怠速速度，以节省能源；

如果是自启动电压调节器， PCM检测不到励磁线圈占空比；当电压调节器检测到充电系统故障时，将LI端搭铁，发信号通知PCM有故障存在，通过PCM开启充电指示灯和显示充电信息。

2.根据权利要求1所述的基于PCM控制的汽车发电机电压调节方法，其特征是：所述电压调节器通过LI端给PCM反馈故障信号，PCM识别这些信息并做出合适的校正行为，或者通过报警将这些故障情况传达给车辆的驾驶员。

3.根据权利要求1或2所述的基于PCM控制的汽车发电机电压调节方法，其特征是：所述电压调节器采用PID控制模式运行，实现转速特性<0.1V和负载特性<0.2V。

4.根据权利要求1所述的基于PCM控制的汽车发电机电压调节方法，其特征是：所述高压报警阈值是17.5V～18.5V，所述低压报警阈值是8V～9V。

5.根据权利要求1所述的基于PCM控制的汽车发电机电压调节方法，其特征是：所述设定时间为0.3s～0.8s的某一值。

6.根据权利要求1或2所述的基于PCM控制的汽车发电机电压调节方法，其特征是：所述故障包括转子或定子线圈开路和短路、激磁MOS短路引起的系统过压、激磁MOS开路及整流器二极管故障。