CN103780177A - 一种汽车交流发电机电压调节器及电压调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车交流发电机电压调节器及电压调节方法，该调节器包括：电压监测模块，用于对发电机的输出电压进行监测；转速检测模块，用于根据输出电压的相位信号计算发电机的转速；电压计算模块，用于根据发电机的转速获得车辆的运动状态，并计算输出电压设置值，输出电压设置值在车辆匀速时，设置为预设的发电机输出电压；在车辆加速时，降低输出电压；在车辆减速时，调高输出电压；电压设置模块，用于根据输出电压设置值和发电机当前输出电压，控制发电机转子绕组的励磁电流大小，连续调节发电机的输出电压。本发明结构简单、成本低，易于对既有车辆进行改造，且使发电电压连续调节，使发动机动力输出连续，提高驾乘舒适性。

Description

一种汽车交流发电机电压调节器及电压调节方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体涉及一种汽车交流发电机电压调节器及电压调节方法。

背景技术

随着汽车技术的发展，车载电子安全以及娱乐系统越来越多。这些电子系统增加了汽车能耗的压力。一方面电气负载增多，在怠速或停机状态下发电机发电较少，电池充电不足导致亏电，有可能导致车辆启动失败。另一方面用电负荷增大，发电机负荷增大，导致油耗增加。越来越多的电能消耗给汽车节能减排带来了严重的挑战。另外，对发动机控制系统、车身稳定控制系统等电子等重要安全系统而言，要求车辆供电系统高度稳定。合理分配和管理整车电能显得尤为重要。

车辆能源管理系统是一种有效的管理整车电气负载，改善油耗的方法。通常的能源管理系统见图1所示，具有发电电压控制、电气负载供电管理等功能。能源管理系统中发电机具有通信功能，可以通过PWM（脉冲宽度调制）或者LIN（本地互联网络）通信设置发电机输出电压。

表1为具有LIN调节器的发电机的测试结果，图2为发电机不同输出电压下的消耗扭矩比较曲线图。可以看出相同转速、相同电流输出情况下，设定较低的输出电压可以减小发电机扭矩消耗。这也意味着，依据车辆状态调节发电电压，可以改善发动机扭矩分配，提高燃油经济性。

表1发电机不同输出电压下的消耗扭矩比较

通常发电电压控制采用图3所示控制方式，电压为三段式控制方式。在加速过程中，降低发电电压，发电被限制，更多的发动机输出功率被传递到驱动轮，保证了车辆的加速性。而在车辆减速过程当中，提高发电电压，发电机消耗扭矩增加，发动机阻力扭矩增大，实现了制动能量回收。

综上所述，现有技术存在下列问题：

1、电气能源管理系统复杂，成本高，对既有车辆改造难度大。

电气能源管理系统复杂，成本较高。因为涉及到整车通信、线束的修改，对于车辆电气架构改动较大。目前社会既有车辆，技术相对落后，能耗较高，如果针对既有车辆改造，增加车辆电气能源管理系统代价过大，实现较为困难。

2、发电电压控制采用固定阶段式电压调节法，消耗扭矩不连续，影响舒适性。

电气能源管理系统均具备发电电压控制功能，动态调节发电机输出电压。通常发电机电压调节只分为高、中、低等固定档位，发电电压切换瞬间，发电机输出电压突变，会引起发电机消耗扭矩瞬间较大变化，导致传动动力输出的不连续，影响驾乘舒适性。

发明内容

本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

为克服现有技术的问题，本发明提供一种汽车交流发电机电压调节器及电压调节方法，这种电压调节器结构简单、成本低，易于对既有车辆进行改造，且使发电电压连续调节，使发动机动力输出连续，提高驾乘舒适性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种汽车交流发电机电压调节器，包括：

电压监测模块，用于对汽车交流发电机的输出电压进行监测；

转速检测模块，用于根据发电机输出电压的相位信号计算发电机的转速；

电压计算模块，用于根据发电机的转速获得车辆的运动状态，并根据车辆的运动状态计算发电机的输出电压设置值，输出电压设置值在车辆匀速时，设置为预设的发电机输出电压；在车辆加速时，降低发电机输出电压；在车辆减速时，调高发电机输出电压；

电压设置模块，用于根据所计算的发电机输出电压设置值和所监测的发电机当前输出电压，控制发电机转子绕组的励磁电流大小，从而连续调节发电机的输出电压。

根据本发明的一个实施例，转速检测模块采用比较器将发电机定子输出电压信号与地电平进行比较，输出与发电机转子运动频率相同的方波信号，并根据方波信号计算发电机的转速。

根据本发明的一个实施例，电压计算模块根据发电机的转速获得车辆的运动加速度值，根据预先设定的加速度值与输出电压设置值之间关系的函数或表格，得出发电机的输出电压设置值，其中发电机的输出电压设置值与车辆加速度值为线性或者非线性的连续关系。

根据本发明的一个实施例，电压设置模块包括功率开关，功率开关的输入端连接发电机电压输出端；功率开关的输出端连接发电机转子电刷的其中一端，发电机转子电刷的另一端接地；电压设置模块根据电压计算模块所计算的发电机输出电压设置值和所监测的发电机当前输出电压之间的差值，计算功率开关控制信号的占空比，生成功率开关控制信号，输入功率开关的控制端，控制功率开关的导通时间，从而控制发电机转子绕组的励磁电流大小，连续调节发电机的输出电压。

根据本发明的一个实施例，功率开关的输出端还连接到一个二极管的负极，二极管的正极接地，电压调节器还包括故障检测模块，故障检测模块比较功率开关的输入端和输出端的电平是否一致，若不一致或累计不一致的次数超过设定值，则判定功率开关有故障，进行报警提示。

根据本发明的一个实施例，电压调节器还包括故障检测模块，故障检测模块比较电压计算模块设置的输出电压设置值和电压监测模块监测的发电机的当前输出电压，若比较的差值超过设定的阈值范围且持续时间超过预定时间，则判定电路存在故障，将输出电压设置值设定为预设的安全值。

根据本发明的一个实施例，电压调节器还包括故障检测模块，故障检测模块根据转速检测模块计算的发电机转速，判断发电机转速是否超过预设的范围或发电机转速变化率超过设定的阈值，若超过且持续时间超过预定时间，则将输出电压设置值设定为预设的安全值。

根据本发明的另一个方面，提供一种汽车交流发电机电压调节方法，包括：

对汽车交流发电机的输出电压进行监测；

根据发电机输出电压的相位信号计算发电机的转速；

根据发电机的转速获得车辆的运动状态，并根据车辆的运动状态计算发电机的输出电压设置值，输出电压设置值在车辆匀速时，设置为预设的发电机输出电压；在车辆加速时，降低发电机输出电压；在车辆减速时，调高发电机输出电压；

根据所计算的发电机输出电压设置值和所监测的发电机当前输出电压，控制发电机转子绕组的励磁电流大小，从而连续调节发电机的输出电压。

根据本发明的一个实施例，计算发电机的转速是采用比较器将发电机定子输出电压信号与地电平进行比较，输出与发电机转子运动频率相同的方波信号，并根据方波信号计算发电机的转速。

根据本发明的一个实施例，计算发电机的输出电压设置值是根据发电机的转速获得车辆的运动加速度值，根据预先设定的加速度值与输出电压设置值之间关系的函数或表格，得出发电机的输出电压设置值，其中发电机的输出电压设置值与车辆加速度值为线性或者非线性的连续关系。

本发明提供的汽车交流发电机电压调节器结构简单、成本低，易于对既有车辆进行改造，且使发电电压连续调节，使发动机动力输出连续，提高驾乘舒适性。具体而言，本发明带来下列有益效果：

1、电压调节器集成所有发电电压控制功能

本发明针对社会既有车辆，提出了一种低成本、结构简单的发电电压控制结构，发电电压控制电路全部集成于发电机调节器，只需更换车辆交流发电机的电压调节器，无需整车其他控制配合改动，就可以在社会既有车辆上进行改造，实现电压控制功能，达到节省油耗的目的。

2、连续电压调节方法，改善发动机扭矩连续性

本发明结合上述结构提出了一种发电电压控制方法，根据发电机输出电压相位信号提取转速信号，由此判断车辆加速或减速运动状态，根据整车状态动态连续调节发电电压。发电控制过程中，发电机输出电压不会突变，其消耗扭矩也不会突变。本发明优化了发电机发电状态，将车辆减速动能转化为存储在电池中的电能，改善油耗；车辆加速时，减小发动机转矩消耗，提高车辆加速性。发电电压连续调节，发动机动力输出连续，可以提高驾乘舒适性。

3、故障状态的保护方法

本发明还同时提出了故障状态的保护方法，发电机调节器具有自诊断功能，故障模式下电压设定为安全值，并可进行报警提示（如闪烁指示灯提示），安全性好。

通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1为现有技术的能源管理系统框图；

图2为发电机不同输出电压下的消耗扭矩比较曲线图；

图3为现有技术的发电电压设定方式示意图；

图4为本发明实施例的发电机及电压调节器结构框图；

图5为本发明实施例的发电机及电压调节器电气结构框图；

图6为本发明实施例的发电机调节器内部电路结构示意图；

图7为本发明实施例的转速信号检测原理示意图；

图8a为本发明实施例的设定电压与发电机转速加速度非线性关系示意图；

图8b为本发明实施例的设定电压与发电机转速加速度线性关系示意图；

图9为本发明实施例控制励磁电流占空比稳定输出电压的曲线图；

图10为本发明实施例控制器的软件处理流程图。

具体实施方式

如图4、图5和图6所示，本实施例提供一种汽车交流发电机电压调节器200，包括：电压监测模块204、转速检测模块201、电压计算模块202、电压设置模块203、故障检测模块205。这些模块可以采用硬件或软件实现，也可以采用硬件和软件相结合来实现。本实施例以硬件和软件相结合来实现电压调节器200，其中：

电压监测模块205用于对汽车交流发电机100的输出电压进行监测。

转速检测模块201用于根据发电机输出电压的相位信号计算发电机100的转速。优选地，转速检测模块201采用比较器将发电机定子输出电压信号与地电平进行比较，输出与发电机转子运动频率相同的方波信号，并根据方波信号计算发电机的转速。

电压计算模块202用于根据发电机100的转速获得车辆的运动状态，并根据车辆的运动状态计算发电机100的输出电压设置值，输出电压设置值在车辆匀速时，设置为预设的发电机输出电压；在车辆加速时，降低发电机输出电压；在车辆减速时，调高发电机输出电压。优选地，电压计算模块202根据发电机100的转速获得车辆的运动加速度值，根据预先设定的加速度值与输出电压设置值之间关系的函数或表格，得出发电机100的输出电压设置值，其中发电机的输出电压设置值与车辆加速度值为线性或者非线性的连续关系。

电压设置模块203用于根据所计算的发电机输出电压设置值和所监测的发电机当前输出电压，控制发电机100转子绕组的励磁电流大小，从而调节发电机100的输出电压。在本实施例中，电压设置模块203包括功率开关K（如图5所示），功率开关K的输入端连接发电机电压输出端；功率开关K的输出端连接发电机转子电刷的其中一端，发电机转子电刷的另一端接地；电压设置模块203根据电压计算模块202所计算的发电机输出电压设置值和所监测的发电机当前输出电压之间的差值，计算功率开关控制信号的占空比，生成功率开关控制信号，输入功率开关K的控制端，控制功率开关K的导通时间，从而控制发电机转子绕组的励磁电流大小，调节发电机100的输出电压。功率开关K的输出端还连接到一个二极管的负极，二极管的正极接地，电压调节器200还包括故障检测模块205，故障检测模块205比较功率开关K的输入端和输出端的电平是否一致，若不一致或累计不一致的次数超过设定值，则判定功率开关K有故障，进行报警提示。

在本实施例中，故障检测模块205比较电压计算模块202设置的输出电压设置值和电压监测模块204监测的发电机100的当前输出电压，若比较的差值超过设定的阈值范围且持续时间超过预定时间，则判定电路存在故障，将输出电压设置值设定为预设的安全值。故障检测模块205还根据转速检测模块201计算的发电机转速，判断发电机转速是否超过预设的范围或发电机转速变化率超过设定的阈值，若超过且持续时间超过预定时间，则将输出电压设置值设定为预设的安全值。

下面结合图4、图5和图6对本实施例的具体方案进行详细说明：

发电机由发动机采用皮带带动，其转速与发动机转速为固定比例关系。对于手动变速器（MT）、双离合变速器（DSG）而言，除换挡期间（发动机与传动轴动力分离）外，发动机与传动轴为刚性连接，即发动机转速与车速比例为所处档位的传动比。因此，通过计算发电机转速，可以得知发动机转速，进而推测车辆加速或者减速状态。

发电机调节器加入了控制逻辑电路，其内部具有转速检测、电压监测、电压计算、电压设置、故障检测等功能模块。无需其他ECU（电子控制单元）或者外界传感器，发电机调节器自身完成发电电压控制功能，根据发电机的相位信号计算发电机转速，推测车辆运动状态，进而调节发电电压，调节方法可以概括为：

（1）车辆加速，降低发电电压，减小发动机负载消耗，提高车辆动力性。

（2）车辆匀速，设置为常规发电电压值。

（3）车辆减速，调高发电电压，将原本消耗为摩擦动能转化为发电电能。

发电机是汽车的主要电源，在引擎转动时把机械能转换成电能，其功用是在发动机正常运转时（怠速以上），向所有用电设备（起动机除外）供电，同时向蓄电池充电。目前汽车采用三相交流发电机，其通常结构如图5所示，右侧虚线框中为发电机100，具有定子、转子、整流二极管。转子的功用是产生磁场，定子的功用是产生交流电。当激磁电流作用于转子绕组，转子轴在发动机正时齿轮的带动下转动，在定子绕组中产生感应电动势。整流器的功用是将定子绕组的三相交流电变为直流电。

由于交流发电机的转子是由发动机通过皮带驱动旋转的，且发动机和交流发电机的速比为1.7～3，因此交流发电机转子的转速变化范围非常大，这样将引起发电机的输出电压发生较大变化，无法满足汽车用电设备的工作要求。为了满足用电设备恒定电压的要求，交流发电机配用电压调节器，使其输出电压在发动机所有工况下基本保持恒定。图5中左侧虚线框中为电压调节器200，以功率开关K、二极管、控制器等器件通过软、硬件结合的方式实现。控制器内部的详细电路参见图6，包括CPU、复位电路、看门狗电路、唤醒电路、晶振、电源、Flash/RAM等，还包括比较器、ADC（模数转换器）、功率开关驱动等器件。电压调节器内部有控制电路，通过计算控制功率开关K的通断，来改变励磁电流的大小，实现稳定电压的目的。

如图5和图6所示，B+为调节器电压检测端子，与发电输出端、功率开关输入端、以及电池正极、电气负载正极相连。B+端子与调节器内部ADC（模数转换器）相连接，CPU对B+点电压进行实时采样，检测电压数值，做发电电压设定计算以及故障处理计算。

C为功率开关控制端（功率开关可采用三极管或MOS开关，本实施例以MOS开关为例进行说明），调节器内CPU输出占空比变化的PWM（脉冲宽度调制）信号，控制功率开关导通时间，稳定输出电压。

DF为功率开关输出端，用于功率开关输出级电路的故障检测。DF点与转子的电刷其中一端相连。

D-为电压调节器内部地电位点，与转子电刷另一端相连。

V为发电机转速检测端子，与定子绕线中的一支输出端相连。定子输出的电压信号其中一路输入比较器，整形后形成频率信号，CPU通过此信号计算发电机转速。

L端为充电指示灯输出端子，发动机停转时点亮指示灯，有故障发生时故障灯闪烁。

电压调节过程为：

当功率开关K导通时，电流通过B+、DF，流经转子线圈，流过D-点形成回路，称为发电机励磁电流。发动机工作，发电机由皮带轮带动转动，产生磁场。定子切割磁场产生输出电流。其中定子的一相绕子线圈电压信号通过V点输入到电压调节器。此信号通过比较器整形后输入CPU，CPU计算出此时的发电机转速数值。

根据发电机转速与发动机转速呈正比，可以直接推断车辆运行状态。若发电机转速增加，则车辆加速，降低发电电压，较小发电机消耗扭矩，保证车辆加速性，若发电机转速下降，则车辆减速，提高发电电压，充分利用减速动能发电。

CPU调节功率开关K的驱动信号来改变发电机输出电压。C点输出为PWM信号，PWM占空比由CPU控制。PWM信号占空比增大，功率开关的导通时间变长，励磁电流平均值增大，输出电压提高，反之，PWM信号占空比减小，输出电压降低。

同时电压调节器可以进行自诊断，若发现输出电压异常，则将电压设置为默认安全值，同时L点输出高低电平变换，则充电指示灯闪烁以提示有故障发生。

本实施例同时提供一种汽车交流发电机电压调节方法，包括：

对汽车交流发电机的输出电压进行监测；

根据发电机输出电压的相位信号计算发电机的转速；

根据发电机的转速获得车辆的运动状态，并根据车辆的运动状态计算发电机的输出电压设置值，输出电压设置值在车辆匀速时，设置为预设的发电机输出电压；在车辆加速时，降低发电机输出电压；在车辆减速时，调高发电机输出电压；

根据所计算的发电机输出电压设置值和所监测的发电机当前输出电压，控制发电机转子绕组的励磁电流大小，从而连续调节发电机的输出电压。

其中，计算发电机的转速是采用比较器将发电机定子输出电压信号与地电平进行比较，输出与发电机转子运动频率相同的方波信号，并根据方波信号计算发电机的转速。

其中，计算发电机的输出电压设置值是根据发电机的转速获得车辆的运动加速度值，根据预先设定的加速度值与输出电压设置值之间关系的函数或表格，得出发电机的输出电压设置值，其中发电机的输出电压设置值与车辆加速度值为线性或者非线性的连续关系。

本实施例的电压调节方法与上述电压调节器的结构所实现的功能相对应，下面详述电压调节的具体实现方式：

1、转速检测方法

当交流发电机转子旋转时，磁力线和定子绕组之间产生相对运动，在三相绕组中产生交变电动势，发电机定子输出电压为正弦波信号。定子输出信号（图5中V点电压）输入发电机调节器中比较器正极，与地电平进行比较，比较器输出信号整形为与转子运动频率相同的方波信号，如图7所示。

方波信号输入CPU，CPU可以采用中断处理方式计算信号周期。信号上升沿到来，触发CPU中断，内部时钟开始计时，当下一个上升沿到来时，时钟停止。两次上升沿时间间隔即为信号周期，即为内部时钟计数值。信号整形生成方波频率信号，其信号频率与转子运动频率相同：f=p*Na/60。其中p为磁极对数，Na为发电机转速，单位为r／min。由此，可以计算出发电机转速。发电机转速与发动机转速为正比关系，Ne=k*Na，其中Ne为发动机转速，k为皮带轮传动比。若发电机转速增加，则车辆加速，反之车辆减速。

2、发电电压设定方法

由于发电机转速与车速的定比例关系，可以近似认为：发电机加减速状态与车辆运动状态一致。发电机转速的加速度值a既可以表征车辆运动状态，当a>0，即车辆处于加速；当a=0，即车辆处于定速巡航状态；当a<0，即车辆处于减速状态。加速度a=Δn/Δt，其中,n为发电机转速，t为时间，Δn/Δt为发电机转速相对时间的一阶导数。发电设定电压与加速度值为连续函数关系，如图8a和图8b所示。

如图8b所示，发电电压与转速加速度比例系数可以为常数，即线性关系，随着加速度增大线性比例调高发电电压。或者如图8a所示，比例系数可以随着加速度增大而增大，即为非线性关系。在加速度较小的区间，非线性法调节电压幅度更大，响应速度相比线性法更快。

当发电机转速加速度为0，即车辆匀速，设置发电机默认发电电压为Udefault。发电机加速度越大，电压设置幅度越大。反之，发电机减速，加速度为负值，则调高发电电压。电压设置值可以用函数计算得出具体数值，或者采用查表法得出，见表2。在控制器的flash区间中存储下表，有计算得出的加速度值对应的电压设定值。

表2根据加速度值查表得出电压设定值

加速度值

amin

a1

...

0

...

a2

amax

电压设定值

Umin

U1

...

Udefault

...

U2

Umax

为保证蓄电池充电安全，设置最高发电电压Umax。此电压值应小于蓄电池充电损坏电压。同样，设置Umin为最低设置电压。此时关闭MOS开关即切断激磁电流，发电机励磁电流为零，转子产生磁场为0，定子无电流输出。设定Umin相当于发电机完全不发电，处于空转状态，消耗扭矩为0。

3、输出电压稳定方法

发电机调节器的C引脚是功率开关的控制引脚，其输出波形为固定频率的PWM信号。控制PWM占空比的变化可以改变励磁电流的平均值。PWM占空比增加，MOS开关导通时间增长，通过转子线圈的励磁电流平均值增大，励磁产生磁场增大，定子输出电流增加，如图9所示。图9说明在负载电流一定的情况下，占空比增加，励磁电流增大，输出电压增加。占空比调节方法可以稳定输出电压，PWM占空比可以根据PID（比例-积分-微分）反馈算法求得。本发明的电压不突变是指在负载电流相对不变的情况下，根据车况设置连续电压，而不是如图3那样阶段式电压调节。

4、故障处理方法

电压调节器可以进行故障自诊断，判断故障发生时即将电压设定为安全值，保证充电安全。故障分为功率开关输出级故障、电压跟随性故障、转速信号异常故障三种故障模式，具体处理方法为以下：

（1）功率开关输出级故障

处理器有功率开关输出（图6中C引脚）以及功率开关状态回读（图6中DF引脚）。正常状态下，控制器输出端C脚电平应与DF引脚相同。控制器输出高电平，功率开关导通，DF引脚与B+点导通，DF逻辑电平与C引脚相同。同样的，C引脚输出低电平，功率开关关闭，DF引脚与GND（地）导通，DF逻辑电平与C点相同为低电平。若DF点逻辑电平与C点不一致则可以认定功率开关输出级电路故障，判断真值表见表3。

表3MOS开关输出级电路故障判断真值表

控制信号（C引脚)	控制信号(DF引脚)	故障判断
			1	1	OK
0	0	OK
			1	0	NG
0	1	NG

故障检测每个运行周期（如100ms）运行一次，若发现C引脚与DF引脚逻辑电平不一致，则故障计数器加1，当故障计数器累计超过阈值（如10次），则认为MOS开关输出级有故障。故障状态下进入保护模式，闪烁充电指示灯。若检测到C引脚与DF引脚逻辑一致，则故障计数器减1，减至0，则认为故障修复，发电电压控制功能恢复正常状态，充电指示灯熄灭。

（2）电压跟随性故障

采样得出的电压值为发电机当前输出值即当前电压。处理器通过转速与电压关系运算得出值为目标电压。若目标电压值与当前电压值之差的绝对值超过阈值范围（如差值>1V），且持续时间超过阈值时间（如1s），则认为电压跟随性不良，电路存在故障。故障状态下进入保护模式，则将发电电压设置为默认安全值Udefault，闪烁充电指示灯。

若检测到目标电压值与当前电压值之差的绝对值恢复到阈值以内，且持续时间超过阈值时间，则认为此故障修复，发电电压控制功能恢复正常状态，充电指示灯熄灭。

（3）转速信号异常故障

发电机转速通常在0-20000转范围以内，计算得出发电机转速也应在此范围以内。计算得出的转速过低、过高或者变化过快，则认为转速检测电路存在异常，转速信号不可信，此时控制器进入故障状态。故障状态下将发电电压设置为默认安全值Udefault，闪烁充电指示灯。如发电机转速在合理范围内，且持续时间超过阈值，则发电机故障恢复，恢复正常发电电压设置，充电指示灯熄灭。

由于发动机工作需要高于怠速转速，若计算得出的发电机转速低于发动机怠速值对应值，且持续时间超过阈值，则认为发电机转速过低。如发动机怠速转速700转，传动比为3，折合发电机转速2100转，实际检出发电机转速为1500转，且持续时间超过1s，则认为存在转速过低故障，转速将发电电压设置为默认安全值Udefault，闪烁充电指示灯。

通常乘用车发动机有最高转速限制以保护发动机本体以及关联附件。若计算得出的发电机转速高于发动机最高转速对应值，且持续时间超过阈值，则认为发电机转速过高。如发动机最高转速6000转，传动比为3，折合发电机转速18000转，实际检出发电机转速为20000转，且持续时间超过1s，则认为转速过高故障，将发电电压设置为默认安全值Udefault，闪烁充电指示灯。

发动机为惯性器件，转速不可能突变。若计算得出的发电机转速变化率即转速加速度绝对值超过阈值，且持续时间超过阈值，则认为发电机转速突变。如发动机最高转速变化率为1rpm/ms，传动比为3，折合发电机转速变化率3rpm/ms，实际检出发电机转速为5rpm/ms，且持续时间超过1s，则认为转速突变，将发电电压设置为默认安全值Udefault，闪烁充电指示灯。

如图10所示，本实施例控制器的软件控制流程如下：

S101、进行初始化；

S102、进行发电机转速计算；

S103、判断转速是否异常；如果转速正常，则进入步骤S104；如果转速异常，则设置保护电压、闪烁指示灯，进入步骤S109；

S104，进行加速度状态判断；

S105、设置目标电压；

S106、进行PWM占空比计算；

S107、读取当前电压；

S108、判断电压是否异常；如果正常，则进入步骤S109；如果异常，则设置保护电压、闪烁指示灯，在正常后进入步骤S109；

S109、PWM波形输出；

S110、判断MOS驱动是否异常；如果正常，则进入步骤S102循环周期执行；如果异常，则闪烁指示灯。

本发明提供了一种汽车交流发电机电压调节器及电压调节方法，这种电压调节器结构简单、成本低，易于对既有车辆进行改造，且使发电电压连续调节，使发动机动力输出连续，提高了驾乘舒适性。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种汽车交流发电机电压调节器，其特征在于包括：

电压监测模块，用于对汽车交流发电机的输出电压进行监测；

转速检测模块，用于根据发电机输出电压的相位信号计算发电机的转速；

电压计算模块，用于根据发电机的转速获得车辆的运动状态，并根据车辆的运动状态计算发电机的输出电压设置值，所述输出电压设置值在车辆匀速时，设置为预设的发电机输出电压；在车辆加速时，降低发电机输出电压；在车辆减速时，调高发电机输出电压；

电压设置模块，用于根据所计算的发电机输出电压设置值和所监测的发电机当前输出电压，控制发电机转子绕组的励磁电流大小，从而连续调节发电机的输出电压。

2.根据权利要求1所述的汽车交流发电机电压调节器，其特征在于，所述转速检测模块采用比较器将发电机定子输出电压信号与地电平进行比较，输出与发电机转子运动频率相同的方波信号，并根据方波信号计算发电机的转速。

3.根据权利要求1所述的汽车交流发电机电压调节器，其特征在于，所述电压计算模块根据发电机的转速获得车辆的运动加速度值，根据预先设定的加速度值与输出电压设置值之间关系的函数或表格，得出发电机的输出电压设置值，其中发电机的输出电压设置值与车辆加速度值为线性或者非线性的连续关系。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的汽车交流发电机电压调节器，其特征在于，所述电压设置模块包括功率开关，功率开关的输入端连接发电机电压输出端；功率开关的输出端连接发电机转子电刷的其中一端，发电机转子电刷的另一端接地；所述电压设置模块根据所述电压计算模块所计算的发电机输出电压设置值和所监测的发电机当前输出电压之间的差值，计算功率开关控制信号的占空比，生成功率开关控制信号，输入所述功率开关的控制端，控制所述功率开关的导通时间，从而控制发电机转子绕组的励磁电流大小，连续调节发电机的输出电压。

5.根据权利要求4所述的汽车交流发电机电压调节器，其特征在于，所述功率开关的输出端还连接到一个二极管的负极，所述二极管的正极接地，所述电压调节器还包括故障检测模块，所述故障检测模块比较所述功率开关的输入端和输出端的电平是否一致，若不一致或累计不一致的次数超过设定值，则判定所述功率开关有故障，进行报警提示。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的汽车交流发电机电压调节器，其特征在于，所述电压调节器还包括故障检测模块，所述故障检测模块比较所述电压计算模块设置的输出电压设置值和所述电压监测模块监测的发电机的当前输出电压，若比较的差值超过设定的阈值范围且持续时间超过预定时间，则判定电路存在故障，将所述输出电压设置值设定为预设的安全值。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的汽车交流发电机电压调节器，其特征在于，所述电压调节器还包括故障检测模块，所述故障检测模块根据所述转速检测模块计算的发电机转速，判断发电机转速是否超过预设的范围或发电机转速变化率超过设定的阈值，若超过且持续时间超过预定时间，则将所述输出电压设置值设定为预设的安全值。

8.一种汽车交流发电机电压调节方法，其特征在于包括：

对汽车交流发电机的输出电压进行监测；

根据发电机输出电压的相位信号计算发电机的转速；

根据发电机的转速获得车辆的运动状态，并根据车辆的运动状态计算发电机的输出电压设置值，所述输出电压设置值在车辆匀速时，设置为预设的发电机输出电压；在车辆加速时，降低发电机输出电压；在车辆减速时，调高发电机输出电压；

根据所计算的发电机输出电压设置值和所监测的发电机当前输出电压，控制发电机转子绕组的励磁电流大小，从而连续调节发电机的输出电压。

9.根据权利要求8所述的汽车交流发电机电压调节方法，其特征在于，所述计算发电机的转速是采用比较器将发电机定子输出电压信号与地电平进行比较，输出与发电机转子运动频率相同的方波信号，并根据方波信号计算发电机的转速。

10.根据权利要求8或9所述的汽车交流发电机电压调节方法，其特征在于，所述计算发电机的输出电压设置值是根据发电机的转速获得车辆的运动加速度值，根据预先设定的加速度值与输出电压设置值之间关系的函数或表格，得出发电机的输出电压设置值，其中发电机的输出电压设置值与车辆加速度值为线性或者非线性的连续关系。

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