CN102859838B - 控制汽车交流发电机的调节的方法及相应的设备 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的方法包括：向交流发电机的调节器（8）发送展示表示设定点值（Vref）的连续地包含于第一参考占空比（DC1）和第二参考占空比（DC2）之间的占空比的宽度调制脉冲（PWM1）；以及由调节器检测这些脉冲以便产生设定点值。根据本发明，该方法还包括：向调节器发送展示特定的占空比（EXOF_R）的其它宽度调制脉冲（PWM2），该特定的占空比（EXOF_R）低于第一参考占空比（DC1）并处于低占空比（DCL）和高占空比（DCH）之间；调节器在第一步检测这些其它脉冲；并接着此后者的检测，在第二步产生用于激励交流发电机的电路的断开信号（EXOF）。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制用于调节汽车交流发电机的设备的方法。本发明还涉及一种调节设备和用于使此方法生效的发动机控制单元，和涉及一种包括此调节设备的交流发电机。
背景技术
在汽车领域，独立于发动机转速或装备的功耗，利用被称作“调节器”的调节设备将机动车交流发电机向车载电力系统提供的电压保持在预定的设定点值是众所周知的。
现今，汽车设备制造商通过应用使用数字技术（例如基于微处理器或微型控制器的使用）的电路控制的电力系统，已经开发了高性能的交流发电机。
不同于从前使用的、独立于机动车的工作条件而工作在固定的调节电压周围的双金属调节器，现代的电子调节设备利用电子设备接收发动机控制单元发送的可变设定点值，以便优选关于产生所要求的电能而输出（takeoff）的转矩的处理能力。
可以理解，交流发电机不需要为了提高小发动机机动车的性能而在启动发动机时或在加速期间吸收转矩，或者可以减少输出的转矩，因为已经足够地对电池进行了充电。
为了用简单的方式实现这一点，美国专利5767636描述了用于向调节器发送各种命令（尤其是停止产生电力的命令）以及用于发送与离散的设定点值序列对应的交流发电机激励电流的开关元件的占空比的离散值的串行链路。
然而，由于串行链路易导致发动机舱的干扰环境中的可靠性问题，所以由相同申请人提交的美国专利6137247提出用脉宽调制（PWM）的传输代替它。
通过预定周期的脉冲（例如占空比是10%到90%之间）来发送包括12V到15V之间的调节器的设定点值。
为了允许对交流发电机更精确的控制，还使用具有可变占空比但是具有与那些固定设定点值的周期不同的周期的脉冲发送其它工作参数，尤其是激励电平。
不使用占空比低于10%或高于90%的信号，因为认为它们对于噪声太过敏感。
众所周知，PWM传输是串行传输的简单并健壮的替换。但是，使用增加通道容量的若干不同周期的脉冲似乎与简单的最初目标背道而驰。
因此仍需要简单的PWM传输，使得可以发送调节器的设定点值和交流发电机的其它工作参数二者。
发明内容
因此本发明旨在满足此需求。
具体地，本发明的目标是一种控制汽车交流发电机的调节设备的方法。
用已知的方式，此调节器通过控制激励电路，而将交流发电机供电的车载电力系统的DC电压锁定在预定的设定点值。
公开的方法包括：
在交流发电机的第一标准工作模式下的步骤：
-利用通信链路向调节设备发送具有预定周期和表示定点值的、连续地包括第一参考占空比和第二参考占空比之间的参考占空比的第一宽度调制脉冲；以及
-调节设备检测第一脉冲并产生设定点值，并且
在交流发电机的不产生电力的第二工作模式下的步骤：
-向调节设备发送具有相同的预定周期和低于第一参考占空比并处于低占空比和高占空比之间的特定占空比的第二宽度调制脉冲；以及
-调节器第一步检测第二脉冲，并且第二步产生用于断开交流发电机激励电路的信号。
根据本发明，所述方法进一步包括，在所述不产生电力的第二工作模式下的步骤：
-在第一步之前检测通信链路上的活动性；
-如果该通信链路是激活的，则在第一步期间不管接收的第一电流占空比的预定数目，计算多个第一或第二脉冲的电流占空比的平均值，并将这些平均值与低占空比对比并与高占空比对比；并且
-如果第二预定数目的平均值包括低占空比和高占空比之间，则在第二步期间产生断开信号。
根据本发明的另一特定特征，如果在通信线上没有检测到活动性或者如果计算出的平均值中没有包含于低占空比和高占空比之间的，则使断开信号无效。
根据本发明的再一特定特征，断开信号优选地在交流发电机的预激励模式上或在相位调节模式上是主要的（preponderant）。
根据本发明的再一特定特征，从下述事实得出优点：代替所述机动车的主接触，优选地通过发动机控制单元来发送所述第一和第二脉冲以使得开始或停止所述电力产生。
本发明还涉及一种设计成能实现上文简述的方法的、用于调节汽车交流发电机的设备。
该类型调节设备包括：
-用于通过控制激励电路，将交流发电机供电的车载电力系统的DC电压锁定为预定的设定点值的装置；
-第一装置，用于经由通信输入来接收具有预定周期和表示定点值的、连续地包括在第一参考占空比和第二参考占空比之间的参考占空比的第一宽度调制脉冲；
-用于检测第一脉冲的第一装置和用于产生设定点值的第一装置；
-第二装置，用于经由通信输入来接收具有相同的预定周期和低于第一参考占空比并处于低占空比和高占空比之间的特定占空比的第二宽度调制脉冲；并且
-用于检测第二脉冲的第二装置和用于产生用于断开交流发电机的激励电路的信号的第二装置。
根据本发明，该调节设备额外地包括用于检测通信输入上的活动性的第三装置，并且第二检测装置包括用于评估的装置和用于在多个第一或第二脉冲中拒绝电流占空比的装置、用于计算电流占空比的平均值的装置和用于将这些平均值与低占空比和高占空比对比的装置。
本发明还涉及一种包括如上简述的调节设备的汽车交流发电机。
对于本领域技术人员来说，这些少量实质的说明将使得根据本发明的控制调节设备的方法，以及调节设备和对应的交流发电机与现有技术状态相比给予的优点是明显的。
在下面参照附图的描述中给出本发明的详细说明书。将注意到，这些图除了图解说明书的文字不作它用，并且决不限制本发明的范围。
附图说明
图1是机动车上根据本发明的交流发电机的装配的框图。
图2是示出根据本发明使用脉冲宽度调制的图1所示的调节设备的设定点值的编码和用于断开激励电路的命令的图。
图3是显示打开点火装置之后现有技术已知的交流发电机的工作模式的顺序的时序图。
图4a、4b、4c和4d是示出根据本发明的包括不产生电力的模式的交流发电机的工作模式的顺序的时序图。
图5是示出根据本发明使用脉冲宽度调制发送的用于断开激励电路的命令的解码的图。
具体实施方式
图1中示出的本发明公开的类型的交流发电机，包括：
-定子2，整流之后其相绕组向车载电力系统3传递DC电压B+、B-，以对电池4进行再充电并对各种电力负载5供电；
-转子6，机械地耦接到机动车的燃烧发动机；
-激励电路7，其形式是包括在转子中的激励线圈，并受到调节设备8的控制用于将DC电压B+、B-设置为设定点值Vref。
当由于驾驶员点火（常常立即跟有启动机启动燃烧发动机）而闭合机动车的主接触9时，一般接通调节设备8。
用连接到调节器8的开/关端L的指示器10来向驾驶员发出交流发电机1的正常运行的信号。
在大部分机动车中安装的交流发电机1的调节器8中，特别是在不要求复杂的电子控制的机动车中，设定点值Vref是固定的。
此固定的设定点值V0一般略微高于14V，以便有效地对铅酸电池4充电。
当电池充电时，没必要将车载电力系统3的电压B+、B-维持在此电平，并且因此不需要从燃烧发动机吸取对应的转矩。
在更高配置的机动车中安装的用于交流发电机1的更加复杂的调节设备8中，设定点值Vref依赖于电池4的充电状态、连接至车载电力系统3的电负载5或发动机的工作阶段（启动、怠速、加速、减速、失速）而变化。
一般由发动机控制单元11通过特定的发送装置12、12a，在通信线COM上向调节器8的特定端C发送这些设定点值Vref。
这些高级的调节器8用相反的方式在相同的通信线COM上将由发动机控制单元11的特定接收装置13、13a接收的状态信息发给机动车中其它系统和驾驶员。
最通常地通过脉冲宽度调制来完成设定点值Vref的传输，由于它的简单性和更好的抗噪声干扰性，在诸如串行链路的其它类型连接上脉冲宽度调制是优选的。
照例，设定点值Vref包括在11.5V和15.5V之间，对应于0%和100%之间的占空比。
但是，经验显示，低于约为10%的第一门限DC1的低占空比PWM2或者相反地高于约为90%的第二门限DC2的高占空比PWM2，除了难以用可靠的方式检测以外，还由于它们对应于太低或太高的电压值而很少使用。在发电机1的第一标准（nominal）工作模式下一般不使用它们来分配可变设定点值Vref，但是用来强制固定的设定点值V0，如图2中所示。
结果，在现有的调节设备中，包含在第一和第二门限DC1、DC2之间的占空比PWM1仅使得可以分配低值V1和高值V2（在此实施例中，例如大约分别为11.7V和15.3V）之间的设定点值Vref。
现有调节器中不使用的低于第一门限DC1的占空比可以使得发动机控制单元11能够发送额外的信息，或命令，假如调节设备8能够用可靠的方式在此范围中检测出代表这样的信息或这样的命令的特定占空比EXOF_R。
启动发动机时，或加速期间很重要的命令是停止交流发电机1的电力产生的命令，以避免不必要的转矩输出（takeoff）。
图3示出从接通点火装置14开始的传统交流发电机的连续的工作模式：
-预激励模式PE，在预激励模式PE期间应用所谓的励磁直到燃烧发动机达到预定的速度门限；
-预调节模式PR，或相位调节模式，当发动机速度超过此速度门限持续预定的时间TR（优选地，大约5秒）时触发，并且期间仅应用光激励来维持预定的相位级别；
-交流发电机的标准工作模式NO，在时间延迟TR的末尾16，期间交流发电机传递经调节的电力。
假定驾驶员立刻感知到起动或加速，则对于停止产生电力的命令的响应必须快速并类似于点火开关9的动作。
将参照图5来详细描述的、根据本发明的控制新一代交流发电机1的调节设备8的方法使得发动机控制单元11可以可靠并快速地检测到这样的命令的传输。
在根据本发明的交流发电机1中，通过响应于断开信号EXOF的激励电路7的断开来停止产生电力（“激励电路的断开”的表达意思是“激励电力电路的断开”，但是小电流可以流经激励线圈7以允许相位调节）。
在交流发电机1的所有工作模式下，断开信号EXOF都是主要的，如在图4a、4b、4c和4d中所示意性地示出：
-通过使产生时间延迟TR的计数器禁止17或停止18，将预调节模式PR延长到激励电路的断开信号EXOF有效（EXOF=1）的整个持续时间（图4a、4d）；
-通过使计数器禁止19或停止20，当激励电路的断开信号EXOF无效（EXOF=0）时强制进入交流发电机1的标准工作模式NO，即使预调节模式PR正在进行中（图4b、4c）。
根据本发明，发动机控制单元11使用不用于传输调节器8的设定点值Vref的占空比EXOF_R的范围来发送停止产生电力的命令。此占空比EXOF_R的范围可以例如是位于所使用的占空比范围的顶端或底端。在此描述的实施例中，所使用的EXOF_R范围位于所述范围的底部。
此范围EXOF_R包含在低占空比DCL和高占空比DCH之间，二者都低于优选地对应于标准调节器的低门限的第一参考占空比DC1，即大约10%，如图2中所示。
根据本发明的方法，具体地通过在调节设备8中周期地执行图5中所示的算法来获得传输的可靠性。
只要没有检测到至调节器8的通信输入C的活动性（COMaVj=0），第一等待环21就保持用于断开激励电路的信号EXOF无效（EXOF=0）。
当检测到诸如上升的脉冲边沿或频率的活动性（COMaVj=1）时，拒绝环（rejectionloop）22、23评估所接收的脉冲的电流占空比DCn，并确定22是否第一次接收到它们（COMaVj-1=0）。在此情况中，拒绝23第一预定数目（优选地，4）个电流占空比DC0、DC1、DC2、DC3，因为认为它们在建立通信中最容易受到不确定的影响。
认为接下来的电流占空比DCn有效，并使用其来计算24例如滑动窗口中的平均值DCavk，代替例如4个连续的电流占空比DCn：
DCavk＝n∑n+3DCn/4
当然，取决于本发明的应用，可以使用其它的平均算法。
在第二等待环25中将第二预定数目（优选地，3）个这些滑动平均值DCavk、DCavk-1、DCavk-2与低占空比DCL和与高占空比DCH对比。如果所有这些平均值DCavk、DCavk-1、DCavk-2同时在对不产生电力的操作命令的传输进行编码的范围EXOF_R内，则使激励电路的断开信号EXOF生效（EXOF=1)。
如果情况不是这样，则第三延迟环26确定是否所有的平均值DCavk、DCavk-1、DCavk-2同时在范围EXOF_R之外。在这种情况下，用于断开激励电路的信号EXOF被无效（EXOF=0）。
在上文中描述并在图5中显示的滤波算法使得可以可靠地使用低于10%的低值占空比DCn，而在现有技术中认为低于10%的低值占空比太易受噪声的影响。
例如通过由微处理器或微型控制器组成的数字计算和处理块中的程序，或通过专用电路或可以延至FPGA类型门阵列的微线连接的逻辑模块（micro-wiredlogicmodule），来实现此算法。
在本发明的优选实施例中，同样有利地更新发动机控制单元的微代码以实现本发明的方法，并利用惯常的宽度调制脉冲使用通信线COM向调节设备8发送用于交流发电机1的不产生电力的操作的命令。
替换地，可以通过本领域技术人员认为等价的任何其它方式在发动机控制单元11的特定发送装置12、12b中实现本发明的方法。不用说本发明因此不仅限于上文中描述的优选实施例。
具体地，作为4给出的在传输初始拒绝的占空比的第一预定数目、作为3给出的使用于断开激励电路的信号EXOF有效所需的滑动平均值的第二预定数目、和固定在4的这些滑动平均值的范围，仅仅是以例子的方式给出。任何其它数值的选择将简单地构成替换的实施例，即使它们可能不再是最佳。
既然这些其它实施例从下文的权利要求中导出，那么它们没有超出本发明的范围。
Claims (7)
1.一种通过控制激励电路(7)来控制汽车交流发电机(1)的调节设备(8)将由所述交流发电机(1)供电的车载电力系统(3)的DC电压(B+、B-)锁定在预定的设定点值(Vref)的方法，所述方法
在所述交流发电机(1)的第一标准工作模式中，包括步骤：
利用通信线(COM)向所述调节设备(8)发送具有预定周期和连续地包括在第一参考占空比(DC1)和第二参考占空比(DC2)之间的、表示所述设定点值(Vref)的参考占空比的第一宽度调制脉冲；以及
所述调节设备(8)检测所述第一宽度调制脉冲并产生所述设定点值(Vref)；并且
在不产生电力的所述交流发电机(1)的第二工作模式中，包括步骤：
向所述调节设备(8)发送具有所述预定周期和特定占空比(EXOF_R)的第二宽度调制脉冲，所述特定占空比(EXOF_R)低于第一参考占空比(DC1)并处于低占空比(DCL)和高占空比(DCH)之间；
调节设备(8)在第一步(22、23、24)检测所述第二宽度调制脉冲，并在第二步(25)产生用于断开交流发电机的激励电路(7)的信号(EXOF)；其特征在于
在不产生电力的第二工作模式下，所述方法还包括步骤：
在所述第一步(22、23、24)之前检测通信线(COM)上的活动性；
在所述第一步(22、23、24)期间，如果所述通信线(COM)是活动的，则拒绝(23)第一预定数目的第一次接收的所述电流占空比(DC0、DC1、DC2、DC3)，计算(24)接下来的所述第一或第二宽度调制脉冲中的电流占空比(DCn)的平均值(DCavk)，并将所述平均值(DCavk)与所述低占空比(DCL)和高占空比(DCH)对比；并且
如果第二预定数目的所述平均值(DCavk、DCavk-1、DCavk-2)包括在所述低占空比(DCL)和所述高占空比(DCH)之间，则在所述第二步(25)期间产生所述断开信号(EXOF)。
2.根据权利要求1的通过控制激励电路(7)来控制汽车交流发电机(1)的调节设备(8)将由所述交流发电机(1)供电的车载电力系统(3)的DC电压(B+、B-)锁定在预定的设定点值(Vref)的方法，其特征在于如果在所述通信线(COM)上没有检测到活动性或者如果所述平均值(DCavk)中均没有包括在所述低占空比(DCL)和所述高占空比(DCH)之间，则使所述断开信号(EXOF)无效。
3.根据前面的权利要求1至2的任何一项的通过控制激励电路(7)来控制汽车交流发电机(1)的调节设备(8)将由所述交流发电机(1)供电的车载电力系统(3)的DC电压(B+、B-)锁定在预定的设定点值(Vref)的方法，其特征在于代替所述机动车的主接触(9)，通过发动机控制单元(11)来发送所述第一和第二宽度调制脉冲以使得开始或停止所述交流发电机(1)的电力产生。
4.一种设计成能实现根据前面的权利要求1至2的任何一项的方法的汽车交流发电机(1)的调节设备(8)，包括：
用于通过控制激励电路(7)来将由所述交流发电机(1)供电的车载电力系统(3)的DC电压(B+、B-)锁定为预定的设定点值(Vref)的装置；
第一装置，用于经由通信输入(C)来接收具有预定周期和连续地包括在第一参考占空比(DC1)和第二参考占空比(DC2)之间的、表示设定点值(Vref)的参考占空比的第一宽度调制脉冲；
用于检测所述第一宽度调制脉冲的第一装置和用于产生所述设定点值(Vref)的第一装置；
第二装置，用于经由所述通信输入(C)来接收具有所述预定周期和特定占空比(EXOF_R)的第二宽度调制脉冲，所述特定占空比(EXOF_R)低于所述第一参考占空比(DC1)并处于低占空比(DCL)和高占空比(DCH)之间；
用于检测所述第二宽度调制脉冲的第二装置和用于产生用于断开所述激励电路(7)的信号(EXOF)的第二装置；其特征在于它额外地包括用于检测所述通信输入(C)上的活动性的第三装置，所述用于检测所述第二宽度调制脉冲的第二装置包括用于评估多个所述第一或第二宽度调制脉冲中的电流占空比(DCn)的装置和用于拒绝所述电流占空比(DC0、DC1、DC2、DC3)的装置、用于计算所述电流占空比(DCn)的平均值(DCavk)的装置和用于将所述平均值(DCavk、DCavk-1、DCavk-2)与所述低占空比(DCL)和高占空比(DCH)对比的装置。
5.一种设计成能实现根据前面的权利要求3所述的方法的汽车交流发电机(1)的调节设备(8)，包括：
用于通过控制激励电路(7)来将由所述交流发电机(1)供电的车载电力系统(3)的DC电压(B+、B-)锁定为预定的设定点值(Vref)的装置；
第一装置，用于经由通信输入(C)来接收具有预定周期和连续地包括在第一参考占空比(DC1)和第二参考占空比(DC2)之间的、表示设定点值(Vref)的参考占空比的第一宽度调制脉冲；
用于检测所述第一宽度调制脉冲的第一装置和用于产生所述设定点值(Vref)的第一装置；
第二装置，用于经由所述通信输入(C)来接收具有所述预定周期和特定占空比(EXOF_R)的第二宽度调制脉冲，所述特定占空比(EXOF_R)低于所述第一参考占空比(DC1)并处于低占空比(DCL)和高占空比(DCH)之间；
用于检测所述第二宽度调制脉冲的第二装置和用于产生用于断开所述激励电路(7)的信号(EXOF)的第二装置；其特征在于它额外地包括用于检测所述通信输入(C)上的活动性的第三装置，所述用于检测所述第二宽度调制脉冲的第二装置包括用于评估多个所述第一或第二宽度调制脉冲中的电流占空比(DCn)的装置和用于拒绝所述电流占空比(DC0、DC1、DC2、DC3)的装置、用于计算所述电流占空比(DCn)的平均值(DCavk)的装置和用于将所述平均值(DCavk、DCavk-1、DCavk-2)与所述低占空比(DCL)和高占空比(DCH)对比的装置。
6.一种包括根据权利要求4的调节设备(8)的汽车交流发电机(1)。
7.一种包括根据权利要求5的调节设备(8)的汽车交流发电机(1)。
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