CN102958741B - 用于车辆中的交流电机启动器的检测电刷磨损的方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的方法被实现在与引擎（2）联接的交流电机启动器系统（1）中。所述系统能够运行作为启动器和运行作为交流电机，并且交流电机启动器（3）包括激励电路（10），其通过电刷（90）将激励电流提供给安装在转子（5）中的激励线圈（8）。依据本发明，所述方法包括步骤：计算当所述系统运行作为交流电机时的激励电流的平均占空比；将所述平均占空比与预定的阈值相比较；以及当平均占空比在预定的阈值之上时，检测到电刷（90）的寿命终点（FV）。

Description

用于车辆中的交流电机启动器的检测电刷磨损的方法
技术领域
本发明涉及用于在与车辆的引擎联接的交流电机启动器系统中检测电刷磨损的方法。
背景技术
对于节省能量和减小污染，尤其是在市区环境下节省能量和减小污染的考虑导致电机制造商给其各型号产品装配自动停止/运行或者停止/启动功能。
用于实现引擎的该自动停止/运行功能的现有技术系统是替代传统交流电机来安装的交流电机启动器系统，并且其涉及绕线式转子同步类型的可逆式旋转电动机器。在该种交流电机启动器系统中，通过带来将机器机械地联接到引擎。
在交流电机启动器系统中，旋转电动机器可以在引擎的启动阶段用作电动电机/启动器模式，或者用作交流电机模式，以给车辆的网络供电。
在电动机模式中，机器必须将传递恒定的扭矩，以转动引擎和启动引擎。提供给机器的转子的网络的激励电流基本上高于交流电机模式，并且这将导致电刷的更快的磨损。
当电刷寿命用完时，在电刷和转子的集电环之间的欧姆接触电阻将显著增大。在欧姆接触电阻中的该种增大将导致额外的热量，特别是在启动器模式下更是如此，其将导致相对于集流器的机器的劣化。
发明内容
本发明涉及与车辆中的引擎联接的交流电机启动器系统中检测电刷磨损的方法，所述交流电机启动器系统能够运行作为启动器以及能运行作为交流电机，并且包括旋转电动机器、供电电路、激励电路、和控制电路，旋转电动机器具有定子和转子，并且激励电路通过机器的电刷来向在转子内的激励线圈提供激励电流。
根据本发明，所述方法包括以下步骤：
计算就当交流电机启动器系统运行来作为交流电机时的激励电流的平均占空比；
将平均占空比与预定的阈值相比较；以及
当平均占空比在预定的阈值之上时，检测电刷的寿命终点。
根据本发明的另一个特征，计算平均占空比的步骤包括：将激励电流的瞬时占空比进行低通滤波。优选地，低通滤波是递归式数字滤波。根据特定的实施例，低通滤波具有大约30秒的时间常量（time-constant）。
根据本发明的另一个特征，所述方法还包括当检测到所述电刷的寿命终点时，向所述车辆的电子控制单元传输电刷的寿命终点信息。
根据本发明的另一个特征，所述方法还包括当检测到电刷的寿命终点时，为车辆的驱动器传输故障信息。根据特定的实施例，该故障信息通过车辆的CAN总线来传输，并且被显示在车辆的仪器面板上。
根据本发明的另一个特征，所述方法还包括当检测到电刷的寿命终点时，禁用交流电机启动器系统。
根据本发明方法的一个特定的实施例，在交流电机启动器系统的控制电路中实现所述方法。
根据本发明方法的另一个特定的实施例，在车辆的电子控制单元中实现所述方法，电子控制单元与控制电路进行通信，并且接收通过控制电路传输的激励电流的占空比信息。
现在将参考附图，通过所述方法的各种实施例来描述本发明。应该注意到，这些附图的目的仅仅在于显示说明的内容，并且其不以任何方式来限制本发明的范围。
附图说明
图1A是示出与车辆的引擎联接的交流电机启动器系统的示意图，其中在交流电机启动器系统的控制电路中实现本发明方法；
图1B是示出与车辆的引擎联接的交流电机启动器系统的示意图，其中在车辆的电子控制单元中实现本发明方法；
图2以示意图的方式示出了本发明方法中执行的检测电刷的寿命终点的方法；以及
图3示出了当交流电机启动器的电刷处在寿命终点时，瞬时占空比的交流电机模式的演变曲线和所进行滤波的示例。
具体实施方式
参考图1A，将描述在电动车辆中与引擎2联接的交流电机启动器系统1中的本发明的第一实施例。
该交流电机启动器系统1包括可逆电动机器3，其通过带和滑轮而借助传动4来与引擎2机械联接。
电动机器3包括在轴端7处与输出滑轮6一体的转子5。转子5呈现有（exhibit）电感器8，其由激励电路10通过旋转集流器9来供电。电刷90与旋转集流器9的集电环接触，以使得电感器8可以通过电路10来提供激励电流。提供给电感器8的激励电流是PWM（脉冲宽度调制）类型的电流，也就是说，其是脉冲宽度调制电流。
机器3还包括相位或者电枢绕组11，其通过可逆AC/DC转换器12来供电。
通过诸如引擎控制单元的车辆的电子控制单元（ECU）17，控制电路13通过连接16，与由转子5的位置感应器15所提供的信息和提供的控制信号相关地，来控制机器3的电源电路14，其中，所述电源电路14由可逆AC/DC转换器12和激励电路10来组成。
通过专用布线连接（未示出）或者通过CAN类型的安装的数据通信总线19，ECU 17接收引擎2的运行参数,以及其他相关信息。
可逆AC/DC转换器12典型地通过MOSFET类型晶体管桥来形成，当交流电启动器系统1在驱动模式下运行时，其生成提供给机器的相绕组11的电流脉冲，所述脉冲的频率和宽度通过控制电路13来控制。
当交流电机启动器系统1运行作为交流电机时，可逆AC/DC转换器12用作同步整流器。
根据本发明，控制电路13包括电刷磨损检测软件模块130，其用于检测电刷90的寿命终点。当交流电机启动器系统1运行作为交流电机时，模块130被激活。
在交流电机模式中，激励电路10控制Vbat电压，以将Vbat电压稳定为等于设置点电压的值。在此，通过ECU 17，设置点电压经由通信连接16和控制电路13而提供给激励电路10。作为回报，应用到PWM型激励电流的占空比DC%被作为相对于在交流电机模式下的机器的负荷的有效状态的信息而传输到电子控制单元17。在本文以下的描述中，占空比DC%被称为“瞬时占空比”。
电刷磨损检测软件模块130基于在交流电机模式中在瞬时占空比DC%上执行的处理来检测电刷90的寿命的终点。当通过模块130检测到电刷的寿命终点时，通过模块130来递送电刷寿命终点的FV信号。优选地，信号FV的信息被存储在控制电路13的非易失性存储器中，以用于最后的售后服务操作。该信号FV然后被通过通信连接16而提供给ECU 17。当通知ECU17电刷90的寿命终点时，ECU 17禁用交流电机启动器系统1。此外，ECU17向需要处理售后服务操作的用户发送信息，例如，通过CAN总线19来命令在车辆的仪器面板上显示故障信息。
现在将参考图1B来描述交流电机启动器系统1’中的本发明的第二实施例。
在图1B中，与在图1A中指示的项目具有相同的参考符号的项目仍然保持不变，并且以下将不再对其进行描述。
在图1B的实施例中，如图1A的实施例中一样地提供电刷磨损检测软件模块，但是在图1B中标记为170的该软件模块被安装在图1B的ECU 17’中，而不是在图1B的控制电路13’中。
在图1B中，瞬时占空比DC%被经由连接控制电路13’和通信连接16而提供给软件模块170。通过电刷磨损检测软件模块170执行的处理与通过模块130执行的相似。当通过模块170检测到电刷90的寿命终点时，通过模块170将信号FV直接递送到ECU 17’，其然后如同以上参考图1A的本发明的第一实施例所指示地进行操作。
现在将参考图2和图3来描述通过模块130和170执行的处理。
如在图2中所示，通过模块130、170所执行的处理包括滤波计算步骤FILT和比较步骤COMP。
滤波计算步骤FILT涉及一阶低通滤波，并且包括瞬时占空比DC%的递归数字滤波，以获得平均占空比F_DC%。
图3示出了表示在占空比DC%的周期内的演变的曲线，和通过递归滤波FILT而获得的平均占空比F_DC%。
阈值THFV也被示出在图3中。在此描述的实施例中，阈值THFV被选择为与60%的占空比相等。自然地，根据本发明的应用，还可以选择其他的值。
在交流电机启动器系统1、1’的交流电机模式中，当平均占空比F_DC%的值超过阈值THFV=60%时，激活电刷的寿命终点信号FV，FV=“1”。
作为在交流电机启动器中的一般规则，运行作为启动器所需的功率基本上高于操作用作交流电机所需的功率。在Lundell机器类型的具有爪极转子（claw-pole rotor）的交流电机启动器中，转子的欧姆电阻是较弱的，从而在启动器模式中允许较大的激励电流流过，这将使得可以获得启动引擎所需的扭矩。
在启动器模式中，激励电流的占空比DC%可以演变到DC%=100%。
在交流电机模式中，当机器的电刷处于良好的状态时，占空比DC%的演变通常保持小于60%。如果电刷破损，则在集电环和电刷之间的接触电阻增加。这将意味着因此对于相同的机器负荷和相同的调节输出电压，占空比DC%增加。
在图3中示出的F_DC%和占空比DC%的演变曲线是当机器的电刷处于寿命终点时获得的曲线的示例。被执行来获取比率F_DC%的滤波的时间常量CT必须足够大，以防止错误检测的风险。在该示例中，检测的时间常量为CT=30秒。
在图3中可见，在切换到交流电机模式之后大约200秒的末端处跨过了阈值THFV=60%。如在图3中所示，如果没有进行机器的禁用的测量，则在机器的激励电路中，在大约470秒的末端处建立开路电路，并且之后是交流电机模式的磨损。在该种情况下，在没有机器禁用的任何测量的情况下，集流器有时间来退化。作为本发明允许的、检测到的电刷磨损的结果，可以在任何退化之前禁用机器，并且向驱动器发出在交流电机中发生故障的警报，和/或需要更换电刷的警告。

Claims (10)

1.一种在与在车辆中的引擎(2)联接的交流电机启动器系统(1,1’)中检测电刷磨损的方法，所述交流电机启动器系统(1,1’)能够运行作为启动器和运行作为交流电机，并且包括旋转电动机器(3)、供电电路(12)、激励电路(10)、以及控制电路(13,13’)，所述旋转电动机器(3)具有定子(11)和转子(5)，并且所述激励电路(10)通过所述机器(3)的电刷(90)来向安装在所述转子(5)中的激励线圈提供激励电流，其特征在于，所述方法包括步骤：
滤波计算当所述交流电机启动器系统(1,1’)运行作为交流电机时的所述激励电流的平均占空比(F_DC％)；
将所述平均占空比(F_DC％)与预定的阈值(THFV)相比较；以及
当所述平均占空比(F_DC％)在所述预定的阈值之上时，检测到所述电刷(90)的寿命终点(FV)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滤波计算所述平均占空比(F_DC％)的步骤包括：将所述激励电流的瞬时占空比(DC％)进行低通滤波。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述低通滤波是递归式数字滤波。
4.根据权利要求2或者3所述的方法，其特征在于，所述低通滤波具有大约30秒的时间常量。
5.根据权利要求1至3中的任何一个所述的方法，其特征在于，还包括当检测到所述电刷的寿命终点时，向所述车辆的电子控制单元(ECU,17,17’)传输电刷的寿命终点信息(FV)。
6.根据权利要求1至3中的任何一个所述的方法，其特征在于，还包括当检测到所述电刷的寿命终点时，为所述车辆的驱动器传输故障信息。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述故障信息被通过所述车辆的CAN总线来传输，并且被显示在所述车辆的仪器面板上。
8.根据权利要求1至3中的任何一个所述的方法，其特征在于，还包括当检测到所述电刷的寿命终点时，禁用所述交流电机电刷系统。
9.根据权利要求1至3中的任何一个所述的方法，其特征在于，所述方法在所述交流电机启动器系统(1)的所述控制电路(13)中实现。
10.根据权利要求1至3中的任何一个所述的方法，其特征在于，所述方法在所述车辆的电子控制单元(ECU,17,17’)中实现，所述电子控制单元(ECU,17,17’)与所述控制电路(13’)进行通信(16)，并且接收通过所述控制电路(13’)传输的所述激励电流的占空比(DC％)信息。
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