CN108068793B - 用于皮带启动发电机的皮带打滑控制方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于皮带启动发电机的皮带打滑控制方法，该皮带打滑控制方法包含：比较一引擎转速与一启动发电机的转速；当该引擎转速与该启动发电机的转速的一转速差值大于一第一预设常数值，产生一打滑信息；根据该打滑信息，降低该启动发电机的一负转矩；以及去除该打滑信息。

Description

用于皮带启动发电机的皮带打滑控制方法与系统

技术领域

本发明是关于车辆混合动力系统，详言之，本发明是关于皮带启动发电机(BeltStater Generator，BSG)的皮带打滑控制方法与系统。

背景技术

混合动力系统架构可依电动输出比例与系统功能概分为轻度混合(仅具启停系统与再生发电功能，而不具电动动力输出)、中度混合(电动动力做引擎动力的辅助输出，并不单独驱动车体)、全混合/强度混合(纯电动动力可驱动车辆)、插电式混合(藉由插头充电延伸电动续航力)及纯电动车。

因应日益严格的能源消耗法规，现有车辆引擎的传统启动马达与交流电发电机(Alternate Current Generator，ACG)的配置，即将被兼具车辆启动及发电功能的整合式启动发电机取代。现有的整合式启动发电机种类有集成启动发电机(Integrated StaterGenerator，ISG)与皮带启动发电机(Belt Stater Generator，BSG)，而泛用性较广的种类为皮带启动发电机，因此针对皮带启动发电机在运转下可能发生的问题进行研究。

针对皮带启动发电机，由于启动发电机与引擎之间是通过一皮带耦合运转，当启动发电机操作在发电模式下并且产生负扭矩时，可能发生皮带打滑而造成异音，进而降低启动发电机的发电性能，以及造成皮带劣化等。

发明内容

本发明的一实施例提供一种用于皮带启动发电机的皮带打滑控制方法，该皮带打滑控制方法包含：比较一引擎转速与一启动发电机的转速；当该引擎转速与该启动发电机的转速的一转速差值大于一第一预设常数值时，产生一打滑信息；根据该打滑信息，降低该启动发电机的一负转矩；以及去除该打滑信息。

本发明的一实施例提供一种用于皮带启动发电机的皮带打滑控制方法，该皮带打滑控制方法包含：比较一引擎转速与一启动发电机的转速；当该引擎转速与该启动发电机的转速的一转速差值大于一预设常数值时，产生一打滑信息；根据该打滑信息，将该启动发电机的负转矩提升为正转矩；以及去除该打滑信息。

本发明的一实施例提供一种用于皮带启动发电机的皮带打滑控制系统，该皮带打滑控制系统包含：一第一感测器，位于一引擎侧，用于检测一引擎转速；一第二感测器，位于一启动发电机侧，用于检测一启动发电机的转速；以及一车辆控制器，该车辆控制器用以当该引擎转速与该启动发电机的转速之间产生一转速差值时，降低该启动发电机的负转矩或提升该启动发电机为正转矩。

附图说明

图1是根据一些实施例说明皮带轮耦合的示意图。

图2是根据一些实施例说明皮带打滑控制方法的流程图。

图3是根据一些实施例说明皮带打滑控制方法的流程图。

图4是根据一些实施例说明使用皮带打滑控制方法的转速-转矩的折线图。

图5是根据一些实施例说明皮带打滑控制方法的流程图。

图6是根据一些实施例说明使用皮带打滑控制方法的转速-转矩的折线图。

其中，附图标记：

11、12皮带轮 13皮带

15惰轮 17、18感测器

22、24张力 27方向

26车辆控制器 29方向

28阻力 30阻力

51实线 52虚线

53圆圈 57实线

58虚线 58-1凸波

59圆圈 81实线

82虚线 83圆圈

84虚线 85实线

86斜线 87水平线

x转速差值 88斜线

E_rpm引擎转速 n、n1预设常数值

T*转矩命令 BSG_rpm启动发电机转速

T*_{slip_fast-}转矩控制命令 T*_slip-转矩控制命令

T*_slip+转矩控制命令

100、105、200皮带打滑控制方法

31、32、33、34、35、36、37、38、39、40步骤

61、62、63、64、65、66、67、68、69、70步骤

120、121、122、123、124步骤

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

本发明改善皮带启动发电机(Belt Stater Generator；BSG)系统中，在进行发电或启动时，启动发电机的扭矩动态变化下，可能造成皮带的打滑现象，进而降低启动发电机的发电性能，或影响车辆油耗及操控性，并造成皮带劣化且皮带寿命减少。

图1是根据一些实施例说明皮带轮耦合的示意图。特别地，图1是为皮带启动发电机(Belt Stater Generator，BSG)系统的一部分。皮带轮11位于启动发电机(未绘出)的一侧，皮带轮11由启动发电机带动，为同轴的设计。皮带轮12位于引擎(未绘出)的一侧，皮带轮12由引擎带动。皮带13耦合皮带轮11与皮带轮12，使得皮带轮11与皮带轮12互相连动。惰轮15与皮带13耦合，惰轮15辅助皮带13的运作，且提供皮带13的张力调整。皮带启动发电机系统的运作中，当启动发电机在发电模式时，皮带13由引擎侧的皮带轮12带动，皮带轮12转向为方向27，皮带13产生张力22，其方向性由皮带轮11往皮带轮12，此时亦产生阻力28，阻力28可能产生皮带13的打滑现象。当启动发电机在启动模式时，皮带13由启动发电机侧的皮带轮11带动，皮带轮11转向为方向29，皮带13产生张力24，其方向性由皮带轮12往皮带轮11，此时亦产生阻力30，阻力30可能产生皮带13的打滑现象。感测器17靠近皮带轮11，感测器17用以测量皮带轮11的转速或转矩等数据。感测器18靠近皮带轮12，感测器18用以测量皮带轮12的转速或转矩等数据。车辆控制器26接收感测器17、18所撷取的数据，并且进行皮带13打滑的控制流程。车辆控制器26是可程序化的集成电路，例如：微控制器(Microcontroller Unit)、车辆控制单元(Vehicle Control Unit)、元件现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)之类的电路。

图2是根据一些实施例说明皮带打滑控制方法100的流程图。

在步骤120中，车辆控制器26比较引擎转速E_rpm与启动发电机转速BSG_rpm。

在步骤121中，当引擎转速E_rpm与启动发电机转速BSG_rpm的一转速差值x大于一预设常数值n时，产生一打滑信息。

在一实施例中，车辆控制器26执行步骤122，根据打滑信息，将启动发电机的负转矩提升为正转矩。

在一实施例中，车辆控制器26执行步骤123，根据打滑信息，降低启动发电机的负转矩。

结束步骤122或步骤123后，车辆控制器26去除打滑信息。

图3是根据一些实施例说明皮带打滑控制方法105的流程图。在步骤31中，车辆控制器26进行系统开机。

在步骤32中，车辆控制器26产生转矩命令T*，并且转矩命令T*传送至启动发电机，换言之，启动发电机接收来自车辆控制器26的转矩命令T*，并且维持着转矩命令T*。

在步骤33中，车辆控制器26读取或接收引擎转速E_rpm及启动发电机转速BSG_rpm。引擎转速E_rpm及启动发电机转速BSG_rpm分别由感测器18、感测器17所撷取。

在步骤34中，启动发电机转速BSG_rpm和引擎转速E_rpm之间产生一转速差x。车辆控制器26比较转速差x与一预设常数值n，并且判断转速差x是否大于预设常数值n。当转速差x小于预设常数值n时(等同x<n)时，则进入步骤40。在步骤40中，车辆控制器26不进行打滑控制，车辆控制器26直接将转矩命令T*传送到启动发电机，启动发电机接收且执行转矩命令T*。

当转速差x大于预设常数值n时(等同x>n)时，此时皮带13产生打滑状况，则进入步骤35。在步骤35中，车辆控制器26产生打滑信息，并且车辆控制器26继续比较转速差x与另一预设常数值n1。在步骤35中，车辆控制器26判断转速差x是否大于预设常数值n1。当转速差x小于预设常数值n1时(等同x<n1)，则进入步骤36。在步骤36中，车辆控制器26产生转矩控制命令T*_slip-，转矩控制命令T*_slip-能降低启动发电机的负转矩(即，T*_slip-是一降低负转矩命令)。在步骤37中，车辆控制器26将转矩控制命令T*_slip-传送给启动发电机，转矩控制命令T*_slip-取代原本的转矩命令T*，启动发电机接收且执行转矩控制命令T*_slip-，启动发电机同步降低皮带轮11的负转矩，如此能抑制启动发电机在发电时或启动时皮带13的打滑现象。

在步骤35中，车辆控制器26进一步判断转速差x是否大于预设常数值n1。当转速差x大于预设常数值n1时(等同x>n1)，等同较严重的打滑现象时，则进入步骤38。在步骤38中，车辆控制器26产生转矩控制命令为T*_{slip_fast-}，转矩控制命令T*_{slip_fast-}能快速降低启动发电机的负转矩(即，T*_{slip_fast-}是一快速降负转矩命令)，比较地，转矩控制命令T*_{slip_fast-}下降的转矩数值大于转矩控制命令T*_slip-下降的转矩数值，故转矩控制命令T*_{slip_fast-}能快速抑制皮带13的打滑现象，藉以缩短皮带13的打滑时间。在步骤39中，车辆控制器26将转矩控制命令T*_{slip_fast-}传送给启动发电机，转矩控制命令T*_{slip_fast-}取代原本的转矩命令T*，启动发电机接收且执行转矩控制命令T*_{slip_fast-}，启动发电机将快速降低皮带轮11的负转矩，能快速抑制启动发电机在发电时或启动时皮带13的打滑现象。在一实施例中，打滑信息记录于车辆控制器26中，当车辆回保养厂将可读取数据进行判断，以降低寻找错误所需的时间。

当步骤37、39或40执行完后，车辆控制器26将回到步骤32，重新执行整个皮带打滑控制方法105。

图4是根据一些实施例说明使用皮带打滑控制方法105的转速-转矩的折线图。图4的横轴为时间。左纵轴为转速，单位为每分钟转速(Revolutions Per Minute)。右纵轴为转矩，单位为牛顿米(Nm)。实线51代表引擎侧皮带轮12的转速，等同引擎转速。虚线52代表启动发电机侧皮带轮11的转速，等同启动发电机转速。圆圈53为实线51与虚线52无重叠处，代表引擎转速与启动发电机转速产生一转速差，亦为皮带13的打滑现象。实线57代表启动发电机执行转矩命令T*的转矩值，图上显示为-20牛顿米(Nm)。虚线58代表启动发电机执行其他转矩控制命令的转矩值。在皮带打滑控制方法105的运作中，如步骤33、34所示，车辆控制器26得知引擎转速与启动发电机转速产生一转速差(圆圈53处)，且转速差和预设常数值n、n1比较后，车辆控制器26产生转矩控制命令T*_slip-或转矩控制命令T*_{slip_fast-}(步骤36或38)，此时启动发电机执行转矩控制命令T*_slip-或转矩控制命令T*_{slip_fast-}(步骤37或39)，使得启动发电机降低原本的负转矩，而产生如圆圈59处的凸波58-1，此时启动发电机仍为负转矩。启动发电机降低负转矩后，圆圈53的实线51与虚线52逐渐重叠，代表引擎转速与启动发电机转速的转速差逐渐缩小，换言之，启动发电机在发电时或启动时，皮带13的打滑现象被抑制并且被消除。皮带打滑控制方法105重新回到步骤32、33，并且执行步骤34、40，启动发电机回复原本的转矩命令T*，并且趋于稳定。

图5是根据一些实施例说明皮带打滑控制方法200的流程图。在步骤61中，车辆控制器26进行系统开机。

在步骤62中，车辆控制器26产生转矩命令T*，并且转矩命令T*传送至启动发电机，换言之，启动发电机接收来自车辆控制器26的转矩命令T*，并且维持着转矩命令T*。

在步骤63中，车辆控制器26读取或接收引擎转速E_rpm及启动发电机转速BSG_rpm。引擎转速E_rpm及启动发电机转速BSG_rpm分别由感测器18、感测器17所撷取。

在步骤64中，启动发电机转速BSG_rpm和引擎转速E_rpm之间产生一转速差x。车辆控制器26比较转速差x与一预设常数值n，并且判断转速差x是否大于预设常数值n。当转速差x大于预设常数值n时(等同x>n)，此时皮带13产生打滑状况，则进入步骤65。在步骤65中，车辆控制器26产生打滑信息，此时步骤68的打滑指标(flag)为1，打滑指标在程序设计是指有分配意义的2进位值或编码的暂存器，打滑指标为1与0分别代表不同处理程序。

在步骤66中，车辆控制器26产生转矩控制命令T*_slip+，转矩控制命令T*_slip+将启动发电机的负转矩提升为正转矩(即，转矩控制命令T*_slip+是一正转矩命令)。在步骤67中，车辆控制器26将转矩控制命令T*_slip+传送给启动发电机，转矩控制命令T*_slip+取代原本的转矩命令T*，启动发电机接收且执行转矩控制命令T*_slip+，启动发电机将皮带轮11的负转矩提升为正转矩，能抑制启动发电机在发电时或启动时皮带13的打滑现象。

步骤67执行完后，回到步骤62、63、及64。在步骤64中，此时转速差x已被缩小，转速差x小于预设常数值n时(等同x<n)，则进入步骤68。在步骤68中，判断是否有打滑指标。进行上述打滑控制后(步骤65、66、及67)，打滑指标仍然为1，因此进行步骤69，车辆控制器26降低启动发电机的正转矩为至少一步阶值，该至少一步阶值是负值转矩。在步骤70中，车辆控制器26将转矩命令T*传送到启动发电机，启动发电机接收且执行转矩命令T*。此外，车辆控制器26去除打滑指标，将打滑指标由1转变为0。

待步骤70结束后，再回到步骤62、63、及64。在步骤64中，转速差x已小于预设常数值n时(等同x<n)，进入步骤68。在步骤68中，判断是否有打滑指标，此时打滑指标已被去除，等同打滑指标＝0。直接进入步骤70，车辆控制器26直接将转矩命令T*传送到启动发电机，启动发电机接收且执行转矩命令T*。

图6是根据一些实施例说明使用皮带打滑控制方法200的转速-转矩的折线图。图6的横轴为时间。左纵轴为转速，单位为每分钟转速(Revolutions Per Minute)。右纵轴为转矩，单位为牛顿米(Nm)。实线81代表引擎侧皮带轮12的转速，等同引擎转速。虚线82代表启动发电机侧皮带轮11的转速，等同启动发电机转速。圆圈83为实线81与虚线82无重叠处，代表引擎转速与启动发电机转速产生一转速差，亦为皮带13的打滑现象。实线85代表启动发电机执行转矩命令T*的转矩值，图上显示为-20牛顿米(Nm)。虚线84代表启动发电机执行其他转矩控制命令的转矩值。在皮带打滑控制方法200的运作中，如步骤63及64所述，车辆控制器26得知引擎转速与启动发电机转速产生一转速差(圆圈83处)，且转速差和预设常数值n比较后，车辆控制器26产生转矩控制命令T*_slip+(步骤65、66、及67)，此时启动发电机执行转矩控制命令T*_slip+，使得启动发电机的负转矩提升为正转矩，如斜线86所示，原本的转矩值为-20牛顿米提升为+3牛顿米。

执行完步骤65、66、及67，回到步骤62、63、及64，此时转速差x已被缩小，转速差x小于预设常数值n(等同x<n)，则进入步骤68。在步骤68中，打滑指标仍然为1，因此进行步骤69，车辆控制器26降低启动发电机的正转矩为至少一步阶值，如水平线87，将原本的转矩值为+3牛顿米下降为负转矩，该水平线87的转矩值是负值。进入步骤70，车辆控制器26将转矩命令T*传送到启动发电机且去除打滑指标，如斜线88，启动发电机的转矩值回复为-20牛顿米。

启动发电机将负转矩提升为正转矩值后，并且将转矩值降低为至少一步阶值，再回到原本的转矩值。圆圈83的实线81与虚线82逐渐重叠，代表引擎转速与启动发电机转速的转速差逐渐缩小，换言之，启动发电机在发电时或启动时，皮带13的打滑现象被抑制并且被消除。皮带打滑控制方法200重新回到步骤62、63、及64，并且执行步骤64、68、及70，启动发电机回复原本的转矩命令T*，并且趋于稳定。

特别地，本发明通过引擎与启动发电机的转速差异进行判断，针对启动发电机进行输出扭矩调整的技术手段，达成启动发电机的转速与引擎转速一致性，进而降低车辆在运行过程中，皮带造成打滑、异音、及抖动的状况。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种用于皮带启动发电机的皮带打滑控制方法，其特征在于，该皮带打滑控制方法包含：

比较一引擎转速与一启动发电机的转速；

当该引擎转速与该启动发电机的转速的一转速差值大于一第一预设常数值，产生一打滑信息；

根据该打滑信息，降低该启动发电机的一负转矩；

去除该打滑信息；

比较该转速差值与一第二预设常数值，其中该第二预设常数值大于该第一预设常数值；

当该转速差值大于该第二预设常数值时，产生一快速降负转矩命令；传送该快速降负转矩命令到该启动发电机；以及

若该转速差值小于该第二预设常数值，产生一降低负转矩命令；传送该降低负转矩命令到该启动发电机。

2.根据权利要求1所述的皮带打滑控制方法，其特征在于，还包含：

读取该引擎转速与该启动发电机的转速。

3.根据权利要求1所述的皮带打滑控制方法，其特征在于，还包含：

取代一原本的转矩命令。

4.根据权利要求1所述的皮带打滑控制方法，其特征在于，还包含：

回复一原本的转矩命令。

5.一种用于皮带启动发电机的皮带打滑控制方法，其特征在于，该皮带打滑控制方法包含：

比较一引擎转速与一启动发电机的转速；

当该引擎转速与该启动发电机的转速的一转速差值大于一预设常数值，产生一打滑信息；

根据该打滑信息，将该启动发电机的一负转矩提升为一正转矩；

去除该打滑信息；以及

当该转速差值小于该预设常数值时，降低该正转矩为至少一步阶值，其中该至少一步阶值是负值转矩。

6.根据权利要求5所述的皮带打滑控制方法，其特征在于，还包含：

根据该打滑信息，产生一正转矩命令。

7.根据权利要求6所述的皮带打滑控制方法，其特征在于，还包含：

传送该正转矩命令到该启动发电机。

8.根据权利要求5所述的皮带打滑控制方法，其特征在于，还包含：

取代一原本的转矩命令。

9.根据权利要求5所述的皮带打滑控制方法，其特征在于，还包含：

回复一原本的转矩命令。

10.一种用于皮带启动发电机的皮带打滑控制系统，其特征在于，该皮带打滑控制系统包含：

一第一感测器，位于一引擎侧，用于检测一引擎转速；

一第二感测器，位于一启动发电机侧，用于检测一启动发电机的转速；

一车辆控制器，该车辆控制器用以当该引擎转速与该启动发电机的转速之间产生一转速差值时，降低该启动发电机的负转矩或提升该启动发电机为正转矩；

该车辆控制器用以定义至少一预设常数值，该至少一预设常数值与该转速差值进行比较；

当该引擎转速与该启动发电机的转速的一转速差值大于一第一预设常数值，产生一打滑信息；

根据该打滑信息，将该启动发电机的一负转矩提升为一正转矩；

去除该打滑信息；以及

当该转速差值小于该预设常数值时，降低该正转矩为至少一步阶值，其中该至少一步阶值是负值转矩。