CN103988417B - 用于调节机动车辆交流发电机的系统和方法以及包括该类型的系统的机动车辆交流发电机 - Google Patents

用于调节机动车辆交流发电机的系统和方法以及包括该类型的系统的机动车辆交流发电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于控制机动车辆交流发电机的方法，其中由交流发电机产生的电压与设定值之间的比较导致的误差值在滤波装置中通过应用转换函数而被处理，转换函数基于交流发电机的旋转频率确定与误差值关联的增益，从而控制交流发电机允许的励磁电流的调节。滤波装置的转换函数基于交流发电机的旋转速度通过在所述旋转速度降低时在指定的频率范围上使增益衰减而被更改。

Description

用于调节机动车辆交流发电机的系统和方法以及包括该类型 的系统的机动车辆交流发电机
技术领域
本发明涉及用于调节交流发动机的方法，该交流发动机设计为联接至机动车辆的热机。本发明还涉及包括所有需要用于实施该方法的装置的系统，以及装备有该系统的交流发电机。
背景技术
在机动车辆领域中，交流发电机的目的是产生用于车载电网的供给的直流电压，并且为了向车辆设备和向电池的电供给而将该电压维持在预定的设定值。
交流发电机包括紧固至车辆结构的定子，并且环绕由轴支撑的转子，其通过车辆的热机借助于交流发电机带进行旋转。交流发电机使得将转子的旋转运动转换成在定子线圈中感应的电流是可能的。在交流发电机的下游，例如可逆的交流/直流变换器接着使得产生用于供给至车载电网的正向电压是可能的。
在交流发电机的上游，总体集成在交流发电机中的调节系统(已知为“调节器”)用于在交流发电机的输出维持稳定的电压，其独立于发动机的旋转速度或者车辆装备的电消耗。为此，调节系统控制供给至电感应器转子的励磁电流的产生，从而控制相关磁场的强度，以及因而由该磁场感应的电压和在交流发电机的输出处产生的电流，其借助于电池和电荷确定车载网络的电压。
现今，机动车辆工业的零件制造商通过实施数字技术已经开发出非常高性能的交流发电机。调节系统是已知的，其中在交流发电机的输出产生的电压被取样并且数字地转换，获得的数字值接着与设定值，例如14伏，进行连续比较。滤波后，该比较的结果用于量化传送至交流发电机的励磁电流的强度，从而将输出电压维持在设定值。
如前文所述，交流发电机机械地联接至热机。然而，在热机中，已知为非周期性的现象由在热机的缸中的爆燃导致，其引起在平均速度周围的加速和减速。其具有发动机的非均匀旋转速度的形式，其影响交流发电机。
表示根据标准交流发电机的旋转速度的电流输出的曲线能够以近似方法通过两条直线(即，用于低速、描述电流增加的开始的具有陡坡的第一直线，和用于高速、具有微小坡度的第二直线)简单地建模。当交流发电机的旋转速度高于对应于两条直线的交点(其已知为曲线底部速度VBC)的旋转速度时，非周期性引起小的电流变化，并且因此引起由交流发电机产生的小的电压变化(图1)。在另一方面，在非常低的速度，当交流发电机的旋转速度低于曲线底部速度(对应于两条直线的交点)时，非周期性振荡引起来自交流发电机的电流输出的较大的波动(图2)，其涉及电压在电池的水平处的显著变化。
同时，主要为了节省能量的原因，某些机动车辆制造商趋于将装备它们车辆的热机的空转速度降低至低于800转每分钟。因为交流发电机机械地联接至热机，这意味着交流发电机具有在空转期间成比例地减少的旋转速度。在这些情况中，存在图2例示的情况，其中非周期性的现象引起交流发电机输出的电流的强的变化，并且因而引起车载网络电压的强的变化。这些强的电压变化被调节器考虑，该调节器趋于借助于调节的方式抵抗该影响，结果使得某些功能不起作用。
发明内容
因而，本发明的目的是通过建议一种调节方法来消除该缺陷，该方法使得可以克服机动车辆的交流发电机输出的电流的变化的问题，然而却不会抵触根据其车辆的空转速度越来越低的趋势。
具体地，其目的是用于调节机动车辆交流发电机的方法，该交流发电机设计为联接至车辆的热机，并且能够产生车辆的车载网络的供给电压。产生的供给电压在控制回路中与设定值进行比较，从而确定要在交流发电机中循环的励磁电流的值，以用于产生等同于所述设定值的电压。根据本发明的方法，从供给电压和设定值之间的对比获取的误差值在滤波器中进行处理，滤波器的初始转换函数根据交流发电机的旋转速度通过衰减当旋转速度降低时指定频率范围中的增益而进行更改，并且转换函数的增益对于对应于初始转换函数的增益的最大阈值与用于保持交流发电机的稳定性确定的最小阈值之间的指定频率而确定，且最大阈值在交流发电机的速度等于或高于第一指定限制速度，且最小阈值在当交流发电机的旋转速度等于或低于第二指定限制速度时被选择。
因此，根据本发明，可以保持在交流发电机的输出所需的电压和在当发动机以全速旋转时实际供给的电压之间的区别的相同质量的滤波，并且可以当发动机以空速旋转时，对这些区别提供适合的滤波。因此，这确保了适合于高速度的动力学的性能和在低速度的性能的改变的两个表现，从而不考虑在非周期性的条件下被放大的电压变化。
根据本发明的特征，对于对应于热机的空转速度的频率值，转换函数衰减。因此，误差滤波更改被针对潜在的非周期性的情况而设定为目标。
根据本发明的特征，转换函数的多个分布被记录，并且根据交流发电机的旋转速度所处于的值，应用至进行中的转换函数的分布从预定值的多个范围中自动地选择。设置切换装置以从一个转换函数分布切换至另一个。
根据本发明的特征，存在对应于受控截止频率的第一频率的确定，增益从其衰减，并且超过其率根据交流发电机的旋转速度更改的转换函数具有与初始转换函数相同的第一部分，并且存在高于第一频率的第二频率的确定，非周期性增益从所述第二频率上至截止频率是稳定的，增益在第一和第二频率之间有规律地衰减。当从一个预定分布到另一个预定分布之间存在过渡时，第二频率能够是相同的，从而根据旋转的速度适应转换函数。
根据特定的实施例，不同的电压被数字地处理，并且转换函数被数字地更改。因此，可以更改转换函数和滤波的质量而不需要改变设备。
本发明还涉及用于调节设计为联接至机动车辆的热机的交流发电机的系统，并且包括用于实施上述方法的所有需要的装置。特定地，调节系统包括用于控制车辆的车载网络的供给电压在设定值的回路，其中比较器设计为当输出误差值时进行处理，所述误差值基于由交流发电机产生的电压与设定值的比较。其还有利地包括对交流发电机的旋转速度敏感的采集装置用于对比较器的输出的所述误差值滤波的装置，所述滤波装置具有转换函数，其能够根据从所述采集装置获得的所述速度的值而被更改。
本发明还涉及与具有上述指出的特征的调节系统相关联的机动车辆交流发电机。
本发明现在将在优选特征和它们的优点的背景内，通过参照附图的示出了它们的图像更全面地进行描述，其中：
图1和2是由机动车辆交流发电机根据其旋转速度输出的电流的曲线特征的示意性表示，其示出了对于两个不同的旋转速度，电流根据非周期性振荡的振荡；
图3是交流发电机和车辆的不同部件以及根据本发明的相关的调节系统的功能图；
图4表示了表示设计为用在根据本发明的调节系统中的两种类型的滤波器的转换函数的曲线；
图5和6是表示转换函数的曲线，对于特定类型的滤波器，其曲线根据本发明依据交流发电机的旋转速度而更改；和
图7a和7b是本发明的两个实施例的示意性表示，其不同在于转换方程的更改在恒定的频率执行(图7a)，或者不在恒定的频率执行(图7b)。
具体实施方式
图3表示由交流发电机2的供给至机动车辆的车载网络4的总体构造，车载网络4连接有电池6和电气设备8。交流发电机机械地联接至热机10，如上文所述，热机受传递至交流发电机的非周期性现象的影响。
目的是在交流发电机的输出产生恒定的电压，以用于到车载网络的良好的供给，并且产生的电压Up借助于关联于交流发电机的调节系统而调节，并且形成控制回路12。
调节系统按沿着回路相继包括数字采集块14、数字比较器16、滤波块18、励磁信号产生器20和功率切换器22。
数字采集块包括模拟/数字变换器和数字调节模块，比如使得可以数字地采用在交流发电机的输出处测量得的电压。由交流发电机实际上产生的供给电压从例如电池的端子提取，然后被取样，从而发送到数字比较器16，数字比较器进行数字化的该值与稳定的参考电压Uref的有规律的比较，Uref常规地等于14伏。
交流发电机的特定旋转频率导致取样的信号与由参考电压形成的设定值之间的误差值Err。
因而，根据该误差值，通过比较获得的是励磁信号产生器供给信号，该信号的循环率(cyclic ratio)根据误差值变化。
以已知的方式，产生器是脉冲宽度调制类型的。供给的励磁信号设计用于用于励磁电流Iex的控制的功率切换，该励磁电流能够在交流发电机的励磁线圈中循环，从而更改交流发电机产生的电压，并且将其恢复至参考电压。
在发送至信号产生器之前，误差值进入布置在比较器输出处、在比较器与信号产生器之间的滤波器块。
现在将提供滤波器块的更详尽的描述。其包括用于交流发电机的旋转速度的采集的装置24和滤波装置26，以及控制装置28，控制装置集成在滤波装置中，从而将特定的转换函数分配给滤波装置。
用于采集的装置已有利地在其他的地方用于车辆，并且关于交流发电机的旋转速度的信息被使用而不需要安装特定的传感器。将可以例如使用用于交流发电机的旋转相位的频率的测量的装置，并且将对应的信息直接发送到控制装置28。
图4表示能够通过示例的方式选择以形成滤波装置26的集成滤波器PI和比例滤波器P的标准特征。这些特征表示将根据交流发电机的旋转频率而关联于滤波后的误差值的增益。在随后例示的图像中，将参考比例滤波器的特征。
根据本发明，如图5所示，控制装置28设计为根据从用于采集的装置24接收的关于交流发电机的旋转速度的信息更改滤波装置26的转换函数。多个转换函数分布在控制装置中被参数化，控制装置根据交流发电机的旋转速度自动地选择应用到滤波装置的转换函数的分布。设置切换装置以根据控制装置给出的指令将一个转换函数切换至另一个转换函数。
因此，根据交流发电机的旋转速度，计划改动将关联于频繁的非周期性区域的增益。如能从示出了三个不同的转换函数的图6中看到的，转换函数(即，表示增益的曲线)从对应于最大增益值的上曲线H1和下曲线H2中选择。
因此，对于指定的频率，转换函数增益从对应于选择的滤波装置的初始转换函数的增益的最大阈值和最小阈值中确定。最小阈值被确定，从而保持系统的稳定性，换句话说，该最小放大必须不产生振荡系统。
当交流发电机的旋转速度等于或高于第一指定限制速度V1时，最大阈值被保持，并且当交流发电机的旋转速度等于或低于第二指定限制速度V2时，最小阈值被控制装置选择。第一指定限制速度能够被选择为例如等于之前描述的曲线底部速度Vbc，其是表示根据交流发电机的旋转速度的电流输出的曲线的特征值。
如表示的，转换函数能够具有中间曲线H3的形式，并且这通过增加到控制装置阈值速度值而获得，比如以限定多个速度范围，从而如果取得的旋转速度在这些范围中的一个中时，非周期性区域的转换函数被改动，并且能够具有该中间曲线的形式。
已经发现非周期性在交流发电机的低旋转速度处(在图5和6中阴影区域表示的20-30赫兹之间的频率区域中)是可见的。根据本发明，由控制装置根据关于旋转速度的信息自动地选择的转换函数包括通频带，通频带对于在交流发电机的低旋转速度产生的非周期性所处的频率特别地衰减。
如图5至7所示，为特定速度设计的转换函数具有受控制的截止频率F1，增益从该频率衰减直到非周期性增益稳定所处的频率F2，且频率F2大于截止频率F1。
本领域技术人员将知道根据汽车和交流发电机的应用选择频率F2。图7a和7b示出了产生该频率F2的两个实施例，在频率F2非周期性增益是稳定的，根据速度，从一个转换函数发展到另一个转换函数。在第一实施例中，频率F2具有固定值。在第二实施例中，频率F2根据增益改变，滤波器将在衰减区域中设置有该增益，从而补偿在车辆上的应用的稳定性的关键情况中的相补角(phase margin)的损失。
前述描述清楚地解释了本发明如何使得其可以实现其建立的目的。特定地，其具有使得系统在低速更稳定的优势，因为调节系统在空转期间不考虑过多的电压变化，尤其是对于在20到30赫兹之间的频率。确保了当交流发电机在低速旋转时，滤波器的静态增益和误差的衰减减小。因此，这防止了过大的调节跳动，该跳动能够通过调节系统产生增加励磁电流的需求，和被交流发电机从热机收集的扭矩的快速增加，其继而导致失速(stall)，尤其是当发动机在空转时。根据本发明的应用在使用逐步加载功能(已知为“LRC”，定义“加载响应控制”的首字母缩写)的情况中是特别有利的，其仅允许励磁信号从初始值到由调节系统确定的值的逐步增加，从而防止该调节作用损害发动机扭矩，发动机扭矩因此不受车辆的空转速度的大变化的影响。

Claims (7)

1.一种用于调节机动车辆交流发电机的方法，所述交流发电机设计为联接到所述车辆的热机(10)，并且能够产生所述车辆的车载网络(4)的供给电压，所述交流发电机产生的所述电压(Up)在控制回路(12)中与设定值(Uref)比较，从而确定励磁电流(Iex)的值，该励磁电流在所述交流发电机中循环用于产生与所述设定值相等的电压，
其中，从产生的所述电压与所述设定值之间的比较获得的误差值(Err)在滤波装置(26)中通过应用转换函数进行处理，该转换函数根据所述交流发电机的旋转速度确定与所述误差值相关的增益，从而控制所述交流发电机允许的励磁电流的调节，
其中，所述滤波装置的转换函数根据所述交流发电机的旋转速度，通过当所述旋转速度降低时，在指定的频率范围中使所述增益衰减而进行更改，和
其中，所述转换函数的增益针对在对应于初始转换函数的增益的最大阈值(H1)和为保持交流发电机的稳定性而确定的最小阈值(H2)之间的指定频率而确定，且所述最大阈值在交流发电机的所述旋转速度等于或高于第一指定限制速度(V1)时被保持，且所述最小阈值在交流发电机的所述旋转速度等于或低于第二指定极限速度(V2)时被选择。
2.如权利要求1所述的用于调节机动车辆交流发电机的方法，其特征在于所述转换函数针对对应于所述交流发电机的低旋转速度的频率值被衰减。
3.如权利要求1或2所述的用于调节机动车辆交流发电机的方法，其特征在于所述转换函数的多个分布被预定，以及在于根据交流发电机的旋转速度所处的值，从预定值的多个范围中自动地选择应用至进行中的转换函数的分布。
4.如权利要求3所述的用于调节机动车辆交流发电机的方法，其特征在于设置切换装置以从一个转换函数分布切换至另一个转换函数。
5.如权利要求3所述的用于调节机动车辆交流发电机的方法，其中，存在对应于受控制的截止频率(F1)的第一频率的确定，所述增益从该频率起衰减，超过该频率根据所述交流发电机的旋转速度更改的转换函数具有与初始转换函数相同的第一部分，并且其中存在第二频率(F2)的确定，非周期性增益从第二频率所对应的频率开始直到截止频率是稳定的，且所述增益在第一和第二频率之间有规律地变化。
6.如权利要求5所述的用于调节机动车辆交流发电机的方法，其中所述第二频率(F2)在不同的预定的转换函数分布之间是相同的。
7.如权利要求1或2所述的用于调节机动车辆交流发电机的方法，其中不同的电压被数字地处理，并且其中所述转换函数被数字地更改。
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CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
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Granted publication date: 20170804

Termination date: 20191130