CN1089402C - 用于控制汽车起动器切断的方法和设备 - Google Patents

Abstract

用于汽车内燃机的起动器包括一个控制起动器切断的电子装置，它检测和起动器电压或电流相对应的信号中的波动，当这些波动消失时切断对起动器的电力供应。实施这种控制的方法包括确定在信号中的电压不断增加的相继的时间段，当这些时间段中的一个变得长于给定的阈值时切断起动器；这个阈值是给定的显著的值，它们首先是在起动器接触器关闭时开始的一段观察时间中，其次是在一段观察时间后的一段时间中。

Description

用于控制汽车起动器切断的方法和设备

本发明涉及汽车发动机的起动器，特别是涉及控制这样一个起动器自动切断的方法和设备。

在当今的实践中，当汽车的内燃发动机起动时，为了切断起动器，即为了终止起动器本身驱动发动机的作用，通常都是在汽车驾驶员的直接控制下进行的，为此，当汽车驾驶员听到发动机给出一种具有特征的声音时，使点火钥匙脱离其“起动”位置。然而，流行的趋势是使发动机越来越安静，这使汽车驾驶员听出这种具有特征的声音变得日益困难，从而使汽车驾驶员难以知道何时该取出点火钥匙，以便让起动器仃止工作。这就导致在起动器和发动机之间加上不需要的严重的作用力。

我们已经知道，当发动机已经成功地起动了并且自身已有自足的力量以达到缓慢运转的状态时，有很多装置可用于切断汽车的起动器(即，切断对汽车起动器的电力供应)。一般地根据其性能，这些装置中最好的是利用对向起动器提供的电源电压中发生的波动进行的分析的装置。这些波动是由内燃机在完全起动前的压缩冲程中起动器马达所取得的电流变化产生的。

众所周知，在发动机由起动器驱动的时间结束和发动机中产生最初的爆发时，发动机的速度迅速提高，所以起动器的切断应该不仅非常快地而且要在非常准确的时刻发生。

为了一旦发动机已被起动了足够的程度时能迅速地切断对起动器的电力供应，以前在题为“Valeo Equipements Electriques Moteur”的法国专利申请NO.9611792中已经提出了一种切断的策略。在这种策略中，对每次新的波动都开始一段观察时间，并且当在这段观察时间中检测到一个非极端(非最大或最小)值时切断对起动器的电力供应。这段观察时间的持续长度，例如，正比于上一次波动的持续长度。然而，这种策略不能控制非周期的波动。

这种非周期的波动如所附的图1和2所示，在图中已经做了参考说明。图1和2中每一个都画出了在起动器工作的开始阶段，起动器电压对时间的变化波形。

图1所示的非周期效应发生在起动器工作的最初时刻，发动机的第一个压缩冲程的开始阶段的峰值C1隐藏在有第二个峰值C2的第二个波动的上升前沿中。换句话说，在最初的两个压缩冲程中，相应的波动基本上彼此重合。这样，对为到达在电压信号中的第一个可检测峰值(C2)的时间段T1的分析是错误的，根据时间段T1的长度确定的在峰值C2后的对发动机下一个循环的观察时间段D1比需要的长得多。因此，如果发动机在这个时候起动，则在这段观察时间结束时才决定切断对起动器的能量供应是太迟了。这就大大地减少了期望从给出自动切断的电子控制系统得到的优点，如减少磨损，减少非车轮的噪声等等。

图2所示的非周期效应发生在发动机已由起动器驱动的后续状态中，这时很难起动。一个没有更多的爆发接着的爆发再次引起波动的基本重合，以致两个相继的电压峰彼此靠得非常近，如图2中的峰值C3和C4所示。结果，这些峰值中的第一个，即C3就难以在相应的观察时间段D2中检测出来。

所以在这种情形，彼此接近的两次爆发有被电子控制系统解释为表示发动机已被起动的危险。于是在发动机自身已适当地起动以前，起动器就过早地仃止了，以致起动器不得不再次从头开始起动的工作。

此外，用时间T3来确定下一段观察时间也是有误差的。

本发明提出一种控制切断汽车起动器的方法，在这种方法中我们检测和起动器电压或电流相对应的信号中的波动，当这种波动仃止发生时就切断起动器，这样，本方法就能克服上述的缺点。

根据本发明的第一个方面，控制切断汽车起动器的方法包括一个起动器接触器，在那里，我们检测和起动器电压或电流相对应的信号中的波动，当这种波动消失时就切断起动器。这个方法的特征是它包括确定信号中相继的时间段的步骤，在这些时间段中电压不断地增加，并当所说的时间段中的一个变得长于某个给定的阈值时切断起动器，而且所说的阈值是从起动器接触器关闭时开始的一段观察时间中给出的第一个显著的值，和跟随所说的这段观察时间的第二个显著的值，这段观察时间的持续长度如此选择，使其足够长以便能包括这样一些情形，在这些情形中在发动机压缩冲程开始时的第一和第二个波动彼此基本重合。

在起动器工作的开始状况和当接在这个开始状态后的起动工作的正常驱动状态时，使用这两种不同策略不仅能够避免过早地发生切断，而且能够避免过迟的切断。否则由于上面讨论的电压信号中的非周期效应的结果，就会发生这两种情况中的任何一种。

在这段观察时间和接着这段观察时间的以后的时间中这两个阈值优选地分别是温度的函数。

接着这段观察时间，对于每个新的波动，这个阈值优选地只少是以前的一个波动的持续时间的函数。

根据本发明的优选的特点，在这段观察时间内，仅在给定的初始时间延迟后才开始确定电压不断增加的相继的时间段。

优选地，在这段观察时间中和在其后的时间中，将和峰值电压的最大值相对应的信号值存储起来，并在这个观察时间后，仅从信号达到预先存储的和电压的最大峰值相对应的值的时刻确定一段电压不断增加的时间。

要控测其上的波动的信号优选地是起动器的电源电压。

根据本发明的另一个优选的特点，为了确定电压不断增加的时间段，从所说的电压取样，如果最后一个测量值低于前面的已被减去一个恒定值dU的电压值，则要求电压有一个减少，而在所有其它的情形，要求电压有一个增加。

恒定值dU优选地在50和200毫伏之间的范围内。

根据本发明的第二个方面，本发明提供了控制切断起动器的设备，它包括一个信号发生器，这个信号发生器包括用于检测和起动器电压或电流相对应的信号中的波动的装置以及用于当所说的波动消失时切断起动器的装置，这个设备的特点是所说的信号发生器适合于执行根据本发明第一个方面的方法。

在第三方面，本发明提供包括这样一个设备的汽车起动器。

本发明的进一步的特点和优点在阅读下面的本发明的优选实施例的详细描述时将变得更加清楚。这个实施例仅用一个不受限制的例子给出并请参照附图。

上面已经对图1和2进行了讨论，它们举例画出了在起动状态，作为时间的函数，起动器电压的非周期波动。

图3是在本发明的一个可能的实施例中用来切断起动器的电子控制装置的简化的电路图。

图4画出了起动器电压随时间演变的例子，从而说明根据本发明的一种操作方法。

图5是在本发明的方法中的一系列步骤的过程图。

图3画出了为控制对起动器DM电力供应的装置，它包括一个连接在有汽车电池电压的电源终端B+和汽车的地(或大地)间的电动机M。

起动器包括起动器接触器1，它连接在有汽车电池电压U的电源终端B+和起动器DM之间。接触器1是一个由继电器线圈2操纵的继电器。线圈2的一个终端连接到电源终端B+。它的另一个终端连接到Mosfet晶体管3的源极上，并连接到接地的电感5上。

晶体管3的漏极连接到电源终端B+。它的栅极连接到控制单元4的输出端，它从这个输出端接受控制电压。控制单元4，例如，是一台微处理器。我们当然应该明白晶体管3可以被任何其它适当类型的断续器所代替。

在如图所示的例子中，单元4产生控制电压，这个控制电压首先作为电源B+处的电压波动的函数，其次作为由汽车点火钥匙操纵的接触器6的位置的函数。这个接触器在本申请中称为点火开关。

现在参照图4和5详细地描述由控制单元4执行的过程。这个过程在起动器开始工作时利用一种策略，而在接着的起动器正在驱动发动机的“正常”状态中利用一个不同的策略。

在起动器工作的初始状态开始时

一个具有预先确定的持续时间为Dini的观察时间窗从起动器开始工作的时刻T0开始，在T0这个时刻接触器继电器1的触点是关闭的。在这个观察时间窗中，控制单元4确定了时间段的持续时间dS1，dS2，......，在这些时间段中在电源终端B+的电压U不断地上升。这些时间段和在图4中电压波动曲线的虚线代表的部分相对应。

在这个例子中，这些确定不在时刻T0直接开始，而是在时刻T0+tini开始，这里，tini是时间延迟，它如此选择以便消除电流的全部不稳定时间，这个电流是起动器马达M加上电压的瞬间立即产生的。

为了确定时间段dS1，dS2，.......，控制单元4在整个观察时间窗Dini内取样电压U并执行计数工作，每当电压出现任何下降时计数就回复到零。控制单元将任何一个最后一次测量的值低于上次测量值一个恒定量dU的情形作为电压降低处理，在所有其它的情形，作为电压增加处理。在这个例子中，常值dU是在50和200毫伏间的范围内。设置常值dU的目的是为了能掩蔽掉寄生效应而不使分析无效。

如果在上升系列dS1，dS2.......中持续时间dS的一个值超过预先确定的值TS1，则起动器仃止作用。持续时间TS1当然比时间段Dini的长度短，并且预先由实验根据在图1中的时间段T1内能够观察到的最大值确定。

这样，如果发动机发生起动，即它开始自治地运转，在这段初始观察时间Dini中，起动器在一段固定的时间TS1的终端仃止工作，这就能克服上面讨论的不规则性，并能够避免在任何切断前的任何过分的延迟

周期TS1的值最好按照数值表或预定规律以温度进行索引，

“正常”工作状态(跟随在初始状态后)

当整个时间段Dini和以后的时间中，控制单元4存储遇到的不同峰电压U的最大值Ucmax。如果在观察窗Dini的终端控制单元4在上面已说明的情况下没有发出切断起动器的命令，则它按下列方式继续这个过程。

对每个新的上升前沿，单元4从电压U达到以前存储的值Ucmax的时刻开始倒着数电源B+的电压U不断增加的时间段(用dS表示)。当这些时间段dS(即dS1，dS2等)中的一个超过预先确定的阈值TS2时，起动器仃止工作。

这个值TS2对于跟着观察窗Dini的整个下一个时间段可以是一个固定值。任选地，它也可以是出现上述的波动的时间段的函数，例如是从最后二个电压峰经过的时间的一小部分，这个经过的时间由控制单元4执行的计数工作所确定。同样地，这个值或TS2的值可以加上一个和发动机环境温度有关的系数。这样，在低温下，为了保证发动机在起动器本身停止工作前急速地完全地起动可以增加TS2的值。

我们将注意到由于仅从电压U变得大于以前存储的值Ucmax的时刻开始时间段dS的倒计时，电压曲线下面部分，其持续时间能根据起动的条件变化，消除了并且这样就能够得到较高的精度。

现在请参照图5，它是表示过程中一系列工作的工作图。在步骤10，使组成控制单元4的微处理器接通电源，并测量起动器的温度。

在第二步(步骤11)，微处理器4确定持续时间Dini，TS1和TS2，作为在步骤10测得的温度的函数。然后在步骤12中控制单元4发出关闭接触器1的控制信号，以便使起动器开始工作。

在下一步，步骤13，在直到T0+tini的时刻的时间延迟后，控制单元4寻找在观察时间窗中开始并延续到观察时间窗的持续时间Dini终端的时间段TS1中以及在观察时间窗外的第一个时间段TS2中不断增加的电压的第一个取样系列。这发生在步骤14。

同时，控制单元以到所取样品的程度确定并存储最大峰电压的值U。当控制单元找到一个证明上述条件的系列时，它发出一个终止起动器工作的信号。这在图5中由步骤15输出“Yes(是)”来表示。如果还没有找到，则继续步骤14。

应用和实施本发明的方法的其它变型当然是可能的。实际上，代替检测电压信号中的波动，本发明提出的过程能够用于和起动器所取的电流相对应的信号上，如果在这个电流中的变化和在这个电压中的变化相反的话。

控制单元当然能够合并到起动器中，或者它可以由汽车的一个单独的部件，例如发动机本身的控制单元组成。

此外，上面已经讨论的切断汽车起动器的控制进一步还有不同于上述的一些优点。例如，它和汽车发动机无关，和发动机中的气缸数及其容量无关，和电池及线圈的老化无关，除此之外还和起动器的工艺及功率输出无关。

Claims (10)

1.控制汽车起动器切断的方法，所述的汽车起动器包括起动器接触器，在这个方法中，检测和起动器的电压或电流相对应的信号中的波动，并当这种波动消失时切断起动器，这个方法的特征是它包括确定信号中相继的时间段，电压在这些时间段中不断增加，并当所说的时间段中的一个变得长于给定的阈值时切断起动器的步骤，并且所说的阈值是从起动器接触器关闭时开始的一段观察时间中的第一个显著的值和跟在所说的这段观察时间后的第二个显著的值，这段观察时间有一个选择得足够长的持续时间，以便包括在发动机的压缩冲程开始时的第一和第二个波动基本上彼此重合的各种情形。

2.根据权利要求1的方法，它的特征是在这段观察时间中及接着这段观察时间的以后的时间中，这个阈值是温度的函数。

3.根据权利要求1或2的方法，它的特征是在跟着这段观察时间的以后的时间中，对于每一个新的波动，这个阈值至少是一个以前的波动的持续时间的函数。

4.根据权利要求1或2的方法，它的特征是在这段观察时间中，只在给定的初始时间延迟后，才开始确定电压不断增加的相继的时间段。

5.根据权利要求1或2的方法，它的特征是在这段观察时间中及跟着这段观察时间的以后的时间中，存储和峰电压的最大值相对应的信号值，和只有在信号达到和电压的最大峰值相对应的以前存储的值时才开始确定接着这段观察时间的电压不断增加的时间段。

6.根据权利要求1或2的方法，它的特征是要检测其上波动的信号是起动器的电源电压。

7.根据权利要求6的方法，它的特征是为了确定电压不断增加的时间段，从所说的电压取样，如果最后一个测量值低于前面的已被减去一个恒定值dU的电压值，则要求电压有一个减少，而在所有的其它的情况，要求电压有一个增加。

8.根据权利要求7的方法，它的特征是恒定值dU在50和200毫伏之间的范围内。

9.控制起动器切断的设备，它包括一个信号发生器，这个信号发生器包括用于检测和起动器电压或电流相对应的信号中的波动的装置以及用于当所说的波动消失时切断起动器的装置，这个设备的特征是所说的信号发生器适合于执行根据上述的权利要求中任何一项的方法。

10.一个汽车起动器，它包括根据权利要求9的设备。

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