CN105781845A - 一体化启动发电控制装置及控制方法 - Google Patents

一体化启动发电控制装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种一体化启动发电控制装置，包括ISG电机、启动开关、位置传感器和控制器，所述位置传感器检测ISG电机的位置，所述启动开关向所述控制器提供启动信号，在启动时，所述控制器根据启动信号先驱动所述ISG电机逆转，当所述ISG电机逆转受到阻力发生反弹正转时，所述位置传感器根据检测到的ISG电机的位置，向所述控制器提供正转的信号，在控制器检测到这个正转的信号时，所述控制器驱动所述ISG电机正转。本发明不需要检测曲柄角度，来判别曲柄是否处于启动时负荷小的正转区域，并且可以利用电机逆转受阻反弹力，增加正向转动的驱动力，大大提高了摩托车的启动性能。

Description

一体化启动发电控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种发动机启动控制装置，具体是涉及可以提高摩托车启动性能的一体化启动发电控制装置及控制方法。
背景技术
以往摩托车发动机的启动控制装置，比如专利文献CN1269466A中提供了一种发动机启动装置，其依赖检测发动机的曲柄位置传感器处于正转或逆转的区域来识别发动机行程，曲柄位置处于正转区域时让电机正转启动，曲柄位置处于逆转区域时，让电机先逆转直到曲柄位置进入正转区域再让电机正转。另外一种启动控制装置【公开号CN1351226A】，在发动机停止后，控制器向启动电机进行逆转通电，根据曲柄位置检测机构检测到发动机的负荷大小，来判定逆转控制的通电开始时间和结束时间。也就是说，现有技术中的发动机启动装置均依赖于检测曲柄角度，来判别曲柄是否处于启动时负荷小的正转区域，其启动性能有待进一步改善。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种一体化启动发电控制装置及控制方法，不需要检测曲柄角度，来判别曲柄是否处于启动时负荷小的正转区域，并且可以利用电机逆转受阻反弹力，增加正向转动的驱动力，大大提高了摩托车的启动性能。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种一体化启动发电控制装置，包括ISG电机、启动开关、位置传感器和控制器，所述位置传感器检测ISG电机的位置，所述启动开关向所述控制器提供启动信号，在启动时，所述控制器根据启动信号先驱动所述ISG电机逆转，当所述ISG电机逆转受到阻力发生反弹正转时，所述位置传感器根据检测的ISG电机位置，向所述控制器提供正转的信号，在控制器检测到这个正转的信号时，所述控制器驱动所述ISG电机正转。
进一步的，具备电流检测装置，所述电流检测装置检测到电流达到规定值时，所述控制器停止向ISG电机通电。
一种一体化启动发电控制方法，通过位置传感器检测出ISG电机的位置，并提供U相、V相、W相位置时序信号给控制器，该时序信号包括逆转时序和正转时序，控制器获取位置传感器的时序信号及启动开关的启动信号；在启动时，所述控制器根据启动信号及逆转时序，先通过三相全桥驱动模块及三相全桥功率模块驱动所述ISG电机逆转，然后，在满足正转时序时，通过三相全桥驱动模块及三相全桥功率模块驱动所述ISG电机正转。
进一步的，控制器获取位置传感器的逆转时序逻辑加权值按“1-5-4-6-2-3”顺序变化，控制器驱动ISG电机通电的逆转时序逻辑加权值按“5-1-3-2-6-4”顺序变化，控制器根据该时序变化表判定T0时刻为逆转时刻，T0时刻所对应的位置传感器U相、V相、W相的电位分别由“0、0、1”变化为“1、0、1”，控制器驱动ISG电机A相绕组的通电状态的电位由“1”变化为“0”；控制器获取位置传感器的正转时序逻辑加权值按“4-5-1-3-2-6”顺序变化，控制器驱动ISG电机通电的正转时序逻辑加权值按“4-6-2-3-1-5”顺序变化，控制器根据该时序变化表判定T1时刻为正转时刻，T1时刻所对应的位置传感器U相、V相、W相的电位分别由“1、0、0”变化为“1、0、1”，控制器驱动ISG电机C相绕组的通电状态的电位由“1”变化为“0”。
本发明的有益效果是：本发明提供一种一体化启动发电控制装置及控制方法，启动时ISG电机先执行逆转，逆转过程中，由于气缸内的空气被压缩，形成逆转阻力，当逆转阻力大于驱动力时，在压缩空气反弹力的作用下，ISG电机开始正转，控制器通过位置传感器检测ISG电机的位置，获取到这个正转信号时，对ISG电机进行正转驱动，这样，不需要检测曲柄角度，来判别曲柄是否处于启动时负荷小的正转区域，并且可以利用电机逆转受阻反弹力，增加正向转动的驱动力，本发明可以大大提高摩托车的启动性能。
附图说明
图1为本发明一体化启动发电机控制装置ECU系统方框图；
图2为本发明逻辑控制流程图；
图3为本发明ISG电机驱动时序图；
图4为本发明ISG电机接线图；
图5为本发明ISG电机逆向驱动示意图；
图6为本发明ISG电机正向驱动示意图；
图7为本发明位置传感器和三相全桥功率模块的通电时序示意图；
图8为本发明位置传感器信号调整模块和启动开关电路原理图；
图9为本发明三相全桥驱动模块、三相全桥功率模块电路及下桥电流检测模块电路原理图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种一体化启动发电控制装置，包括ISG电机、启动开关、位置传感器和控制器，所述位置传感器检测ISG电机的位置，所述启动开关向所述控制器提供启动信号，在启动时，所述控制器根据启动信号先驱动所述ISG电机逆转，当所述ISG电机逆转受到阻力发生反弹正转时，所述位置传感器根据检测到的ISG电机的位置，向所述控制器提供正转的信号，在控制器检测到这个正转的信号时，所述控制器驱动所述ISG电机正转。
优选的，具备电流检测装置，所述电流检测装置检测到电流达到规定值时，所述控制器停止向ISG电机通电。具体的，电流检测装置包括上桥电流检测模块和下桥电流检测模块，用于对三相全桥功率模块的通电电流进行检测，并反馈给控制器。
控制器包括用于对蓄电池的电压进行调节，并将调节后的电压输入给所述位置传感器的MCU电源调整模块。还包括用于对位置传感器检测出的U相、V相、W相位置电压信号进行调整，并提供给所述控制器进行位置逻辑判定的位置传感器信号调整模块。所述控制器通过三相全桥驱动模块及三相全桥功率模块驱动所述ISG电机逆转或正转。控制器通过整流调压模块及ISG切换模块对所述三相全桥功率模块的输出进行整流调压。所述ISG电机的定子绕组方式为三角形接线方式或星形接线方式，参见图4。
一种一体化启动发电控制方法，通过位置传感器检测出ISG电机的位置，并提供U相、V相、W相位置时序信号给MCU，该时序信号包括逆转时序和正转时序，控制器获取位置传感器的时序信号及启动开关的启动信号；在启动时，所述控制器根据启动信号及逆转时序，先通过三相全桥驱动模块及三相全桥功率模块驱动所述ISG电机逆转，在电流检测装置检测到电流达到规定值时，所述控制器停止向ISG电机通电；然后，在满足正转时序时，通过三相全桥驱动模块及三相全桥功率模块驱动所述ISG电机正转。
优选的，控制器获取位置传感器的逆转时序逻辑加权值按“1-5-4-6-2-3”顺序变化，控制器驱动ISG电机通电的逆转时序逻辑加权值按“5-1-3-2-6-4”顺序变化，控制器根据该时序变化表判定T0时刻为逆转时刻，T0时刻所对应的位置传感器U相、V相、W相的电位分别由“0、0、1”变化为“1、0、1”，控制器驱动ISG电机A相绕组的通电状态的电位由“1”变化为“0”；控制器获取位置传感器的正转时序逻辑加权值按“4-5-1-3-2-6”顺序变化，控制器驱动ISG电机通电的正转时序逻辑加权值按“4-6-2-3-1-5”顺序变化，控制器根据该时序变化表判定T1时刻为正转时刻，T1时刻所对应的位置传感器U相、V相、W相的电位分别由“1、0、0”变化为“1、0、1”，控制器驱动ISG电机C相绕组的通电状态的电位由“1”变化为“0”。
优选的，当摩托车电源锁IG-SW接通时，蓄电池电压经P+端子输入电源调整模块，经电源调整模块调节后的电压输入到位置传感器的Vdd端，位置传感器根据ISG电机的位置，检测出U相、V相、W相位置的电压处于高电平或低电平，经位置传感器信号调整模块限流整形后输出至控制器进行位置的逻辑判定；当按下启动开关ST-SW时，启动开关输出启动信号至控制器进行启动的逻辑判定。
优选的，三相全桥功率模块在通电过程中，通过下桥电流检测模块取样实时检测通电电流，并反馈给控制器作为数据的实时跟踪；当通电电流过大时，下桥电流检测模块输出高电压至控制器，控制器据此停止发送驱动信号给三相全桥驱动模块。
综上，本发明在现有的摩托车磁电机(ISG电机)基础上，整合位置传感器，三相全桥驱动模块及功率模块，电流检测装置，启动开关，整流调压模块等在一款控制器(ECU)上，使摩托车磁电机兼有启动电机及发电机两种功能。其逻辑控制流程如图2所示，按下启动开关之后，控制器驱动ISG电机按照逆转时序驱动，即ISG电机反向转动驱动，驱动电流达到规定值后停止驱动，等待时序满足正转时序时即按照正向时序驱动，即ISG电机正向转动驱动。具体实施时，驱动电流达到规定值可通过三相全桥功率模块下桥电流检测模块与定时器1配合实现，即在满足下桥电流值大于Iref2小于Iref1，定时器1已开启，且定时器1计数值大于等于Tref1时，三相全桥功率可输出停止。
本发明一体化启动发电控制装置的控制驱动原理如下：
如图1和图8所示，当摩托车电源锁IG-SW接通，蓄电池电压经P+端子输入到控制器，通过控制器的电源调整模块调节后的电压输入到位置传感器的Vdd端，此时，位置传感器根据ISG电机的位置，检测出U相、V相、W相位置的电压处于高电平或低电平，经电阻R120、R118、R119限流及二极管D43、D45、D44后分别输入至集成电路U6的4脚、2脚、3脚，集成电路U6整形后经13脚、15脚、14脚输出至控制器进行位置的逻辑判定(参照图8)。当用户准备启动发动机时，按下启动开关ST-SW，启动开关回路电阻R121输入端为高电平，通过二极管D47输入到集成电路U6的5脚，集成电路U6整形后12脚输出至控制器进行启动的逻辑判定(参照图8)。然后，控制器通过三相全桥驱动模块及三相全桥功率模块驱动所述ISG电机逆转或正转，如图9所示，三相全桥驱动模块由上桥驱动回路和下桥驱动回路组成，三相全桥功率模块由驱动元件Q5、Q8、Q6、Q9、Q7、Q10组成；当用户准备启动发动机，按下启动开关ST-SW时，控制器获取了位置传感器的时序信号和启动开关的启动信号，控制器根据逆转控制方法和正转控制方法驱动三相全桥功率模块通电，通电顺序根据图7位置传感器、三相全桥功率模块的通电时序变化表执行。
电流检测装置用于对三相全桥功率模块的通电电流进行检测，并反馈给所述控制器；包括上桥电流检测回路和下桥电路检测回路，以下桥电流检测回路为例进行说明，参见图9，下桥电流检测回路由U5A和U5B及外围元件构成，其中，R91为电流检测元件，三相全桥功率模块在Q8、Q9、Q10通电过程中，下桥电流检测模块通过R91电压取样实时检测Q8、Q9、Q10功率元件的通电电流，R91取样电压经过U5A将电压放大后由U5A的1脚反馈给控制器作为数据的实时跟踪；同时U5A的1脚信号输入到U5B的5脚进行电压比较，U5B的6脚作为2.5V电压基准点。当下桥通电电流过大时，R91端子电压增大，经U5A放大后1脚的电压也增大，U5B的5脚电压超过6脚基准电压时，U5B的7脚输出为高电压至控制器，此时控制器检测到驱动模块驱动电流过大，控制器将停止发送上、下桥驱动信号，从而保护了三相全桥功率模块的驱动元件。
以下结合图3、图5、图6和图7对本发明逻辑控制进行说明：
逆转的控制方法：
如图3的T0时刻所对应的是位置传感器U相、V相、W相的电位分别由“0、0、1”变化为“1、0、1”，控制器驱动ISG电机A相绕组的通电状态的电位由“1”变化为“0”；此时位置传感器、ISG电机定子及转子的位置关系如图5所示，由于电机绕组A相电压由高变低导致电机绕组C相的磁极发生变化，电机的定子铁芯D1与电机的转子磁石Z1，D2与Z2，D3与Z4相斥；D1与Z2，D2与Z3，D3与Z5相吸，转子向逆时针方向转动，可实现电机的逆向旋转。
正转的控制方法：
如图3的T1时刻所对应的是位置传感器U相、V相、W相的电位分别由“1、0、0”变化为“1、0、1”，控制器驱动ISG电机C相绕组的通电状态的电位由“1”变化为“0”；此时，位置传感器、ISG电机定子及转子的位置关系如图6所示，由于电机绕组C相电压由高变低导致电机绕组C相的磁极发生变化，电机的定子铁芯D1与电机的转子磁石Z2，D2与Z3，D3与Z4相斥；D1与Z1，D2与Z2，D3与Z3相吸，转子向正时针方向转动，可实现电机的正向旋转。
T0时刻和T1时刻判断如下：
如图7所示，为位置传感器、三相全桥功率模块的通电时序变化表，控制器获取位置传感器的逆转时序逻辑加权值按“1-5-4-6-2-3”顺序变化，ISG电机通电的逆转时序逻辑加权值按“5-1-3-2-6-4”顺序变化；控制器获取位置传感器的正转时序逻辑加权值按“4-5-1-3-2-6”顺序变化，ISG电机通电的正转时序逻辑加权值是按“4-6-2-3-1-5”顺序变化，这样，根据该时序变化表可判定T0时刻和T1时刻分别为逆转时刻和正转时刻。
启动时，根据逆转的控制方法ISG电机执行逆向旋转驱动，发动机气缸内的空气被压缩，形成逆转阻力。当逆转阻力大于驱动力时，在压缩空气反弹力的作用下，电机开始向正时针方向反弹，此时，位置传感器的时序也同时发生了变化。在控制器检知到位置传感器的时序变化时，满足了正向驱动时序的条件，ISG电机则按照正转的控制方法执行正向旋转驱动。
以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明，本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种一体化启动发电控制装置，其特征在于：包括ISG电机、启动开关、位置传感器和控制器，所述位置传感器检测ISG电机的位置，所述启动开关向所述控制器提供启动信号，在启动时，所述控制器根据启动信号先驱动所述ISG电机逆转，当所述ISG电机逆转受到阻力发生反弹正转时，所述位置传感器根据检测的ISG电机位置，向所述控制器提供正转的信号，在控制器检测到这个正转的信号时，所述控制器驱动所述ISG电机正转。
2.根据权利要求1所述的一体化启动发电控制装置，其特征在于，具备电流检测装置，所述电流检测装置检测到电流达到规定值时，所述控制器停止向ISG电机通电。
3.一种一体化启动发电控制方法，其特征在于：通过位置传感器检测出ISG电机的位置，并提供U相、V相、W相位置时序信号给控制器，该时序信号包括逆转时序和正转时序，控制器获取位置传感器的时序信号及启动开关的启动信号；在启动时，所述控制器根据启动信号及逆转时序，先通过三相全桥驱动模块及三相全桥功率模块驱动所述ISG电机逆转，然后，在满足正转时序时，通过三相全桥驱动模块及三相全桥功率模块驱动所述ISG电机正转。
4.根据权利要求3所述的一体化启动发电控制方法，其特征在于：控制器获取位置传感器的逆转时序逻辑加权值按“1-5-4-6-2-3”顺序变化，控制器驱动ISG电机通电的逆转时序逻辑加权值按“5-1-3-2-6-4”顺序变化，控制器根据该时序变化表判定T0时刻为逆转时刻，T0时刻所对应的位置传感器U相、V相、W相的电位分别由“0、0、1”变化为“1、0、1”，控制器驱动ISG电机A相绕组的通电状态的电位由“1”变化为“0”；控制器获取位置传感器的正转时序逻辑加权值按“4-5-1-3-2-6”顺序变化，控制器驱动ISG电机通电的正转时序逻辑加权值按“4-6-2-3-1-5”顺序变化，控制器根据该时序变化表判定T1时刻为正转时刻，T1时刻所对应的位置传感器U相、V相、W相的电位分别由“1、0、0”变化为“1、0、1”，控制器驱动ISG电机C相绕组的通电状态的电位由“1”变化为“0”。
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