CN1169059A - 汽车用交流发电机激励电流调节方法和调节装置 - Google Patents

汽车用交流发电机激励电流调节方法和调节装置 Download PDF

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Abstract

本发明的调节方法在于：在所说的电压的每个周期T中在交流发电机的输出端对整流电压发起一次测量，在一个预先确定的延续时间Te内经取样进行测量，将测得的整流电压值和计算得的一个参考值进行比较，从这一比较推断出随后的周期T的第一半周T1的延续时间，其时汽车电池的电压被加到转子线圈上。按照本发明，延续时间Te的取样测量在每一周期T在T-ε时刻完成。这里认为ε是和周期T的长度相比很短的一段时间。

Description

汽车用交流发电机激励电流调节方法和调节装置
本发明涉及一种小汽车的交流发电机的激励电流由数字处理进行调节的方法和一种使用此方法的调节装置。
已经知道，交流发电机是这样一种电机，在一个旋转时通有激励电流的转子线圈的作用下在其中的定子绕组中产生一个交变电流。在定子绕组的输出端一个二极管桥对交变电流进行整流以便向汽车电池给出一个连续电压。
不管交流发电机的转速如何以及电池负载如何，此电压应调得保持不变。因此交流发电机的输出电压在激励电流图上因调节而呈现出波动。此波动的周期为T，包含一个第一半周T1，其间汽车电池的电压加到转子线圈上，使得能增大转子线圈中通过的电流。周期中还包含一个第二半周T2，其间电池电压不加到转子线圈上，使转子线圈中电流变小。两个半周交替，且符号相反。
关系式T1/(T1+T2)被称为周期关系式。
已提出过借助于数字技术进行调节。欧洲专利No.EP0 481862特别描述了一种用数字处理进行调节的方法，按照此法在每周期T要经取样对交流发电机的输出电压进行一次量测，以检测出在每一周期T中交流半周T1或T2哪个最长，并在最长半周中的时间Te内进行取样。测得电压的数值随后和一参考值作比较，再通过此比较推断出随后周期的交流半周T1和T2的数值。
此调节法虽然因为将待调节电压的量测集中在最长的半周上而能免除波动引起的变化而令人满意，但实施起来相当复杂。事实上应该一方面检测出最长的半周，另一方面集中取样时间于其中。此外已可证明，当从一个高于50％的周期关系式(交流半周T1最长)过到一个低于50％的周期关系式(半周T2最长)调节便出现失误。
本发明以解决这些问题为目的，提出一种调节小汽车交流发电机转子线圈激励电流的方法。所说的交流发电机特别包括一个桥式整流器，它可给出一个整流电压供调整。该整流电压表现出一种波动，包含有一个由幅度可变的激励信号引发的低频分量。所说的整流电压因此是一个周期电压，其每一个周期T可以分成第一交流半周T1和第二半周T2。第一半周时汽车电池的电压被加到转子线圈上，而在符号相反的第二半周时电池电压不加到转子线圈上。该方法的本质在于：
-在每个周期T期间对整流电压发起一次测量，
-在预先确定的Te期间经由取样实现一次测量，也就是说进行连续不断的和接近的测量，
-将测得的整流电压值和计算得到的参考值进行比较，
-从这一比较推断出随后的周期T的第一半周T1的延续时间长度，其特征在于延续时间Te的取样测量在每一个周期T，在瞬间T-ε完成。这里认为ε和周期T长度相比是很短的一段时间。
按照该发明优选的一方面，取样的时间长度Te基本上等于周期T长度的一半。
因此，在半个周期上进行测量并将此测量放在周期末尾，测量值是交流发电机输出电压的典型值，测量方法也比以往技术采用的简单。
按照本发明独立或联合取得的其他特性，
-整流电压测量值和计算参考值的比较是在时间长度Te的取样测量结束和周期T结束之间的时间ε内完成的；
-下一周期T的第一半周T1的长度的计算最好是在延续时间长度Te的取样测量结束和周期T的结束之间的时间ε内完成的；
-时间ε基本上等于完成下列项目所需的最少时间：整流电压的测量值和计算参考值之间的比较，以及下一个周期T的第一半周T1时间长度的计算；
-参考值最好是作为汽车交流发电机和/或电池的至少一个有关参量的函数计算而得的；
-参考值是作为汽车交流发电机和/或电池的温度的函数而计算得到的；
-参考值的计算是在周期T的开头和延续时间长度Te的取样测量的开头之间的一段时间内完成的。
按照该发明的另一方面，该调节方法在于：
-在每一周期T中完成一次温度测量，
-从此推断出一个参考值，被测温度的函数，所说的参考值然后和测得的整流电压值进行比较。
按照该发明的另一个特征，参考值的计算是从对给定温度预先确定的一个值开始，同时对此预定值应用一个校正系数，后者是温度的函数。
本发明同样适用于使用根据上述特征中任何一种特征的方法的交流发电机的激励电流调节装置。
其他特征和优点将通过阅读下面的说明并参考附图而得到了解，附图中：
-图1是按照本发明的调节装置的原理图；
-图2是说明本发明的方法的几个信号的时间示意图；
-图3和图4是表示本发明的运作的程序方框图；
-图5是给出计算得的参考值相对温度的关系的曲线。
图1中表示出一只交流发电机1，它包含有定子的线圈3。在转子线圈4的作用下线圈中产生一个交变电压。二极管桥5连接到线圈的输出端供给一个整流电压UB +加到汽车的电池和车载电路系统上。
流过转子线圈4的激励电流由调节装置2进行调节。后者包含有一个激励电流控制电路7，例如由一个功率晶体管组成，当其导通时允许激励电流通过，不通时使转子线圈得不到汽车电池的供电。二极管6与转子线圈并联，使得转子线圈在得不到电池供电时电流也能在其中流通。
此外调节装置2包括有一个微控制器13，其中包括：
-一只微处理器8，可以完成调节工作所必需的计算和处理，并备有一个存储器；
-微处理器的一个输入和输出接口9；
-一只模/数转换器10，能将交流发电机的输出电压UB +  变换成8位位组序列，并将从温度传感器11收到的代表交流发电机或电池温度的电压转换成数字值；
-一个延时电路12，可引发中断以变更激励状态并将微处理器8计算得的已知值记下。
在图2A上，表示出在汽车交流发电机输出端或电路系统上出现的待调节电压UB +。时间被标在横座标上而电压沿纵座标。
此电压UB +表现出有高频率的波动20，这特别是由于对UB +进行整流的二极管桥5引起的。在此波动上叠加有一个频率低得多的波动21，其幅度随转子线圈4中激励电流的变化而变化。
因此电压UB +的平均值在一个平均电压22两边摆动。
联系表示加到转子线圈4上的激励电压和时间的关系的图2C，波动21的周期为T，并可分为两个半周T1和T2。
在T1半周，在图2C上出现一个选通脉冲，表明一个激励电压被加在转子线圈4上。这使电压UB +增大，如同在图2A上可见到的那样。
相反在T2半周，没有任何激励电压加到转子线圈上。这在图2C上由一个零电平所表示，这使得电压UB +降低(图2A)。
周期关系式T1/(T1+T2)理论上能够依照电路使用者的需要和电池的负载状况从0变到100％。
图2B表示选通脉冲Te，它相应于在每个周期T中经取样对电压UB+进行一次测量的时间长度。
根据本发明，这个时间长度Te的取样测量，无论周期关系式怎样都被安排在每个周期T的后期，使得它在周期T结束之前一个很短的时间ε处结束。这个从取样周期Te的结束到周期T的结束之间的短的时间用ε表示。
在本发明一个较好的实现方式中，取样选通脉冲Te的长度基本上等于半个周期T。
例如，如果周期T为16毫秒，取样时间长度将为8毫秒，而时间ε将短于1毫秒。
因此，由于电压UB +的测量时间长达半个周期，因而测量是可靠的，而它被置于周期T的末尾这一事实使得调节装置2可能有一个快速响应时间。
这一整套操作是由微控制器13所产生的一个程序完成的。
因此，图2D表示延时电路12引发的一个中断I1触发出一个激励选通脉冲，其延续时间长达延时电路中记存的延续期间T1的整个长度(从图2C可见)。
一旦这段延续时间过去，延时电路即引发另一中断I2，使得在整个T2期间激励降到零。
在下面的说明中将描述本发明的调节方法的功能，同时回顾图3和图4的表示所说的方法的一个实施例的程序方框图。
图3表示微控制器13执行的主程序，而图4表示每次由延时电路12产生中断时所执行的中断程序。其延续时间和主程序执行的其他操作的相比可以忽略。
程序从微控制器13和延时电路12使用的所有参量的初始化步骤30开始，接着经步骤31对温度θa和相应电压Uref(θa)的预定值进行存储。
为了详细说明此程序，假定处于中断I1刚引发，并触发出激励选通脉冲T1时的瞬间t1。
由于程序初始化时取样指示器已置于“否”，当进行取样检验32时选择的是出口33。因此微控制器等待在步骤34处，直至经过一段预先存入存储器中的短于T-T/2-ε的时间长度。然后在步骤35处取样指示器被置于“是”。
应该指出，进行不构成本发明目的的补充计算和处理，微控制器等待34可以更有利地得到利用。
在再次到新的取样检验32时，其输出口36被选取，接着完成随后的操作：
-在步骤37，利用温度传感器11提供的信息由模/数转换器10进行一次温度θ的测量；
-在步骤38，计算被作为测得的温度θ的函数的参考值Uref(θ)；参考图5将可更深入地阐明此计算方法；
-从t1瞬间过去一段期间T-T/2-ε以后，电压UB +的测量在步骤39开始并在整个Te期间由取样完成，也就是说，对UB +进行N次紧密连续的测量，再由微处理器8相加并以两个8位位组的数的形式存储起来；
-在Te期间末尾，以及在ε时间内，在步骤40将测得的电压值UB +和在步骤38计算得的参考值Uref(θ)进行比较，并由此在步骤41推断出下一周期T的半周期T1的新值；
-在步骤42将取样指示器转向“否”再返回取样检验32。
因此时间ε相应于为微处理器8完成下列项目所需的最少时间：
-在测得的电压值UB +和参考值Uref(θ)之间进行比较；并
-计算随后周期的半周期T1的值。
此时间ε因而决定于微处理器8的计算速度。
加以变动，温度θ的测量操作(步骤37)和参考值Uref(θ)的计算操作(步骤38)可以在步骤34完成。
参考图4，我们现在将叙述每当延时电路12触发一次中断时微控制器13所执行的中断程序。
当中断50发生时，进行检验51可以了解中断控制标帜D的状态。
如果控制标帜D在0，则选取出口52“是”。在步骤54，立即将数值1记入控制标帜D，然后在55将主程序计算得的T1值记入延时电路12，以便在时间T1过去后引发下一次中断。
在步骤56，微控制器13向激励电流控制电路7发出指令向转子线圈4供给激励电流，也就是说触发一个延续时间为T1的激励选通脉冲，如图2C中所见那样，然后在60返回主程序。
当激励延续时间T1过去，延时电路12引发一次新的中断，并再次进行检验51。当控制标帜D在1，则选取检验出口53。在57，将数值0装入控制标帜D，然后在58装入由主程序计算得的随T1值而变的T-T1值。末后在59向激励电流控制电路7发出指令，在整个T-T1期间停止向转子线圈4供电，并在60返回主程序。
当T-T1期间过去，将会触发一个新的中断。而当控制标帜D在0，进行的将是步骤51、52和54至56。
图5表示出如何从给定温度θa的预先确定的一个参考值Uref(θa)出发计算出参考值Uref(θ)。
从此预先确定的值出发，要附加上一个取决于已测得的温度θ的校正系数f(θ)：
Uref(θ)＝Uref(θa)-f(θ)。
在图5上由曲线70和80表示出函数-f(θ)的两个可能的例子。
例如如果f是一个随温度θ线性上升的函数，则图上表示的-f(θ)为一个斜率为负的直线。
在被考虑的例子中，曲线是在θa＝-30℃和θb＝140℃之间计算得到的。在曲线70上，Uref(θa)＝15.0 5伏而Uref(θb)＝13.35伏，这使得可以获得-10毫伏/℃的热补偿。而在曲线80上，U′ref(θa)＝14.725伏而U′ref(θb)＝14.13伏，这使得可获得-3.5毫伏/℃的热补偿。
当然，将能够使用其他形式的热补偿，特别是函数f不必一定是一个线性函数而可以是任何函数。
同样，电压的参考值可以作为发电机其他参量，如其速度或加上的负载的函数而计算得到。

Claims (11)

1.汽车用交流发电机的一种转子线圈(4)的激励电流的调节方法，所说的交流发电机特别包含有一个桥式整流器(5)，可以给出一个整流电压(UB +)供调节之用，整流电压(UB +)为包含有幅度可变的激励信号引发的低频分量的波动。因此所说的整流电压为一个周期性电压，其每个周期T可分成一个第一半周T1，其间汽车电池的电压被加到转子线圈上，还有一个第二半周T2，半周T1与T2的符号相反，其间电池电压不被加到转子线圈上。该方法包含步骤：
-在每一所述周期T中对整流电压(UB +)发起一次测量，
-在所述预先确定的Te期间经取样实现一次测量，就是说进行连续不断的和接近的测量，
-将测得的整流电压(UB +)值和计算得的一个参考值(Uref)进行比较，
-从这一比较推断出随后的周期T的第一半周T1的延续时间长度，
其特征在于延续时间Te的取样测量在每一个周期T在T-ε时刻完成。这里认为ε是和周期T的长度相比很短的一段时间。
2.一种交流发电机的激励电流调节装置，其特征在于它实施以权利要求1为根据的方法。
3.按照权利要求1的调节方法，其特征在于取样时间长度Te基本上等于周期T的长度的一半。
4.按照权利要求1或3中的一个权利要求的调节方法，其特征在于将测得的整流电压值和一个计算得的参考值(Uref)的比较是在长度Te的取样测量结束和周期T的结束之间的时间ε内进行的。
5.按照权利要求1至3中的一个权利要求的调节方法，其特征在于下面周期T的第一半周T1时间长度的计算是在时间长度Te的取样测量结束和周期T结束之间的时间ε内进行的。
6.按照权利要求4或5中的一个权利要求的调节方法，其特征在于时间ε基本上等于完成下列项目所需的最短时间：
-在测得的整流电压(UB +)值和计算得的参考值(Uref)之间进行比较，和
-计算随后的周期T的第一半周T1的延续时间长度。
7.按照权利要求1，3，4或6的任一个权利要求的调节方法，其特征在于参考值(Uref)是作为和汽车交流发电机和/或电池有关的至少一个参量的函数而计算得的。
8.按照权利要求7的调节方法，其特征在于参考值(Uref)是作为汽车交流发电机和/或电池的温度的函数而计算得的。
9.按照权利要求7中的调节方法，其特征在于参考值(Uref)的计算是在周期T的开头和延续时间Te的取样测量的开头之间的一段时间内完成的。
10.按照权利要求7的调节方法，其特征在于该方法是：
-在每个周期T中对温度(θ)进行一次测量，
-从此推断出一个随被测温度(θ)而变的参考值(Uref(θ))，所说的参考值然后和测得的整流电压(UB +)值进行比较。
11.按照权利要求10的调节方法，其特征在于参考值(Uref(θ))是从对给定温度(θa)预先确定的值(Uref(θa))出发而计算得的，同时对所说的预定值(Uref(θa))应用一个校正系数，后者是温度(θ)的函数。
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