TWI611953B - 用於皮帶啟動發電機之皮帶打滑控制方法與系統 - Google Patents

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Abstract

一種用於皮帶啟動發電機之皮帶打滑控制方法，該皮帶打滑控制方法包含：比較一引擎轉速與一啟動發電機的轉速；當該引擎轉速與該啟動發電機的轉速之一轉速差值大於一第一預設常數值，產生一打滑訊息；根據該打滑訊息，降低該啟動發電機的一負轉矩；以及去除該打滑訊息。

Description

用於皮帶啟動發電機之皮帶打滑控制方法與系統
本案係關於車輛混合動力系統，詳言之，本案係關於皮帶啟動發電機(Belt Stater Generator，BSG)之皮帶打滑控制方法與系統。
混合動力系統架構可依電動輸出比例與系統功能概分為輕度混合(僅具啟停系統與再生發電功能，而不具電動動力輸出)、中度混合(電動動力做引擎動力之輔助輸出，並不單獨驅動車體)、全混合/強度混合(純電動動力可驅動車輛)、插電式混合(藉由插頭充電延伸電動續航力)及純電動車。
因應日益嚴格的能源消耗法規，現有車輛引擎的傳統啟動馬達與交流電發電機(Alternate Current Generator，ACG)的配置，即將被兼具車輛啟動及發電功能的整合式啟動發電機取代。現有的整合式啟動發電機種類有集成啟動發電機(Integrated Stater Generator，ISG)與皮帶啟動發電機(Belt Stater Generator，BSG)，而泛用性較廣的種類為皮帶啟動發電機，因此針對皮帶啟動發電機在運轉下可能發生之問題進行研究。
針對皮帶啟動發電機，由於啟動發電機與引擎之間係透過一皮帶耦合運轉，當啟動發電機操作在發電模式下並且產生負扭矩時，可能發生皮帶打滑而造成異音，進而降低啟動發電機的發電性能，以及造成皮帶劣化等。
本揭露之一實施例提供一種用於皮帶啟動發電機之皮帶打滑控制方法，該皮帶打滑控制方法包含：比較一引擎轉速與一啟動發電機的轉速；當該引擎轉速與該啟動發電機的轉速之一轉速差值大於一第一預設常數值時，產生一打滑訊息；根據該打滑訊息，降低該啟動發電機的一負轉矩；以及去除該打滑訊息。
本揭露之一實施例提供一種用於皮帶啟動發電機之皮帶打滑控制方法，該皮帶打滑控制方法包含：比較一引擎轉速與一啟動發電機的轉速；當該引擎轉速與該啟動發電機的轉速之一轉速差值大於一預設常數值時，產生一打滑訊息；根據該打滑訊息，將該啟動發電機的負轉矩提升為正轉矩；以及去除該打滑訊息。
本揭露之一實施例提供一種用於皮帶啟動發電機之皮帶打滑控制系統，該皮帶打滑控制系統包含：一第一感測器，位於一引擎側，用於偵測一引擎轉速；一第二感測器，位於一啟動發電機側，用於偵測一啟動發電機的轉速；以及一車輛控制器，該車輛控制器用以當該引擎轉速與該啟動發電機的轉速之間產生一轉速差值時，降低該啟動發電機之負轉矩或提升該啟動發電機為正轉矩。
11、12‧‧‧皮帶輪
13‧‧‧皮帶
15‧‧‧惰輪
17、18‧‧‧感測器
22、24‧‧‧張力
27‧‧‧方向
26‧‧‧車輛控制器
29‧‧‧方向
28‧‧‧阻力
30‧‧‧阻力
51‧‧‧實線
52‧‧‧虛線
53‧‧‧圓圈
57‧‧‧實線
58‧‧‧虛線
58-1‧‧‧凸波
59‧‧‧圓圈
81‧‧‧實線
82‧‧‧虛線
83‧‧‧圓圈
84‧‧‧虛線
85‧‧‧實線
86‧‧‧斜線
87‧‧‧水平線
x‧‧‧轉速差值
88‧‧‧斜線
Erpm‧‧‧引擎轉速
n、n1‧‧‧預設常數值
T*‧‧‧轉矩命令
BSGrpm‧‧‧啟動發電機轉速
T*slip_fast-‧‧‧轉矩控制命令
T*slip-‧‧‧轉矩控制命令
T*slip+‧‧‧轉矩控制命令
100、105、200‧‧‧皮帶打滑控制方法
31、32、33、34、35、36、37、38、39、40‧‧‧步驟
61、62、63、64、65、66、67、68、69、70‧‧‧步驟
120、121、122、123、124‧‧‧步驟
圖1係根據一些實施例說明皮帶輪耦合的示意圖。
圖2係根據一些實施例說明皮帶打滑控制方法的流程圖。
圖3係根據一些實施例說明皮帶打滑控制方法的流程圖。
圖4係根據一些實施例說明使用皮帶打滑控制方法之轉速-轉矩的折線圖。
圖5係根據一些實施例說明皮帶打滑控制方法的流程圖。
圖6係根據一些實施例說明使用皮帶打滑控制方法之轉速-轉矩的折線圖。
本案改善皮帶啟動發電機(Belt Stater Generator；BSG)系統中，在進行發電或啟動時，啟動發電機之扭矩動態變化下，可能造成皮帶的打滑現象，進而降低啟動發電機的發電性能，或影響車輛油耗及操控性，並造成皮帶劣化且皮帶壽命減少。
圖1係根據一些實施例說明皮帶輪耦合的示意圖。特別地，圖1係為皮帶啟動發電機(Belt Stater Generator，BSG)系統之一部分。皮帶輪11位於啟動發電機(未繪出)之一側，皮帶輪11係由啟動發電機帶動，為同軸的設計。皮帶輪12位於引擎(未繪出)之一側，皮帶輪12由引擎 帶動。皮帶13耦合皮帶輪11與皮帶輪12，使得皮帶輪11與皮帶輪12互相連動。惰輸15與皮帶13耦合，惰輪15係輔助皮帶13的運作，且提供皮帶13的張力調整。皮帶啟動發電機系統的運作中，當啟動發電機在發電模式時，皮帶13由引擎側的皮帶輪12帶動，皮帶輪12轉向為方向27，皮帶13產生張力22，其方向性由皮帶輪11往皮帶輪12，此時亦產生阻力28，阻力28可能產生皮帶13的打滑現象。當啟動發電機在啟動模式時，皮帶13由啟動發電機側的皮帶輪11帶動，皮帶輪11轉向為方向29，皮帶13產生張力24，其方向性由皮帶輪12往皮帶輪11，此時亦產生阻力30，阻力30可能產生皮帶13的打滑現象。感測器17靠近皮帶輪11，感測器17係用以測量皮帶輪11的轉速或轉矩等數據。感測器18靠近皮帶輪12，感測器18係用以測量皮帶輪12的轉速或轉矩等數據。車輛控制器26接收感測器17、18所擷取的數據，並且進行皮帶13打滑的控制流程。車輛控制器26係可程式化的積體電路，例如：微控制器(Microcontroller Unit)、車輛控制單元(Vehicle Control Unit)、元件可程式邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)之類的電路。
圖2係根據一些實施例說明皮帶打滑控制方法100的流程圖。
在步驟120中，車輛控制器26比較引擎轉速Erpm與啟動發電機轉速BSGrpm。
在步驟121中，當引擎轉速Erpm與啟動發電機轉速BSGrpm之一轉速差值x大於一預設常數值n時，產生一打滑 訊息。
在一實施例中，車輛控制器26執行步驟122，根據打滑訊息，將啟動發電機的負轉矩提升為正轉矩。
在一實施例中，車輛控制器26執行步驟123，根據打滑訊息，降低啟動發電機的負轉矩。
結束步驟122或步驟123後，車輛控制器26去除打滑訊息。
圖3係根據一些實施例說明皮帶打滑控制方法105的流程圖。在步驟31中，車輛控制器26進行系統開機。
在步驟32中，車輛控制器26產生轉矩命令T*，並且轉矩命令T*傳送至啟動發電機，換言之，啟動發電機接收來自車輛控制器26的轉矩命令T*，並且維持著轉矩命令T*。
在步驟33中，車輛控制器26讀取或接收引擎轉速Erpm及啟動發電機轉速BSGrpm。引擎轉速Erpm及啟動發電機轉速BSGrpm分別由感測器18、感測器17所擷取。
在步驟34中，啟動發電機轉速BSGrpm和引擎轉速Erpm之間產生一轉速差x。車輛控制器26比較轉速差x與一預設常數值n，並且判斷轉速差x是否大於預設常數值n。當轉速差x小於預設常數值n時(等同x<n)時，則進入步驟40。在步驟40中，車輛控制器26不進行打滑控制，車輛控制器26直接將轉矩命令T*傳送到啟動發電機，啟動發電機接收且執行轉矩命令T*。
當轉速差x大於預設常數值n時(等同x>n)時，此 時皮帶13產生打滑狀況，則進入步驟35。在步驟35中，車輛控制器26產生打滑訊息，並且車輛控制器26繼續比較轉速差x與另一預設常數值n1。在步驟35中，車輛控制器26判斷轉速差x是否大於預設常數值n1。當轉速差x小於預設常數值n1時(等同x<n1)，則進入步驟36。在步驟36中，車輛控制器26產生轉矩控制命令T*slip-，轉矩控制命令T*slip-能降低啟動發電機的負轉矩(即，T*slip-係一降低負轉矩命令)。在步驟37中，車輛控制器26將轉矩控制命令T*slip-傳送給啟動發電機，轉矩控制命令T*slip-取代原本的轉矩命令T*，啟動發電機接收且執行轉矩控制命令T*slip-，啟動發電機同步降低皮帶輪11的負轉矩，如此能抑制啟動發電機在發電時或啟動時皮帶13的打滑現象。
在步驟35中，車輛控制器26進一步判斷轉速差x是否大於預設常數值n1。當轉速差x大於預設常數值n1時(等同x>n1)，等同較嚴重的打滑現象時，則進入步驟38。在步驟38中，車輛控制器26產生轉矩控制命令為T*slip_fast-，轉矩控制命令T*slip_fast-能快速降低啟動發電機的負轉矩(即，T*slip_fast-係一快速降負轉矩命令)，比較地，轉矩控制命令T*slip_fast-下降的轉矩數值大於轉矩控制命令T*slip-下降的轉矩數值，故轉矩控制命令T*slip_fast-能快速抑制皮帶13的打滑現象，藉以縮短皮帶13的打滑時間。在步驟39中，車輛控制器26將轉矩控制命令T*slip_fast-傳送給啟動發電機，轉矩控制命令T*slip_fast-取代原本的轉矩命令T*，啟動發電機接收且執行轉矩控制命令T*slip_fast-，啟動發電機將快速降低皮帶輪11 的負轉矩，能快速抑制啟動發電機在發電時或啟動時皮帶13的打滑現象。在一實施例中，打滑信息記錄於車輛控制器26中，當車輛回保養廠將可讀取資料進行判斷，以降低尋找錯誤所需的時間。
當步驟37、39或40執行完後，車輛控制器26將回到步驟32，重新執行整個皮帶打滑控制方法105。
圖4係根據一些實施例說明使用皮帶打滑控制方法105之轉速-轉矩的折線圖。圖4的橫軸為時間。左縱軸為轉速，單位為每分鐘轉速(Revolutions Per Minute)。右縱軸為轉矩，單位為牛頓米(Nm)。實線51代表引擎側皮帶輪12的轉速，等同引擎轉速。虛線52代表啟動發電機側皮帶輪11的轉速，等同啟動發電機轉速。圓圈53為實線51與虛線52無重疊處，代表引擎轉速與啟動發電機轉速產生一轉速差，亦為皮帶13的打滑現象。實線57代表啟動發電機執行轉矩命令T*的轉矩值，圖上顯示為-20牛頓米(Nm)。虛線58代表啟動發電機執行其他轉矩控制命令的轉矩值。在皮帶打滑控制方法105的運作中，如步驟33、34所示，車輛控制器26得知引擎轉速與啟動發電機轉速產生一轉速差(圓圈53處)，且轉速差和預設常數值n、n1比較後，車輛控制器26產生轉矩控制命令T*slip-或轉矩控制命令T*slip_fast-(步驟36或38)，此時啟動發電機執行轉矩控制命令T*slip-或轉矩控制命令T*slip_fast-(步驟37或39)，使得啟動發電機降低原本的負轉矩，而產生如圓圈59處的凸波58-1，此時啟動發電機仍為負轉矩。啟動發電機降低負轉矩後，圓圈53的實線51與虛線52逐漸重 疊，代表引擎轉速與啟動發電機轉速之轉速差逐漸縮小，換言之，啟動發電機在發電時或啟動時，皮帶13的打滑現象被抑制並且被消除。皮帶打滑控制方法105重新回到步驟32、33，並且執行步驟34、40，啟動發電機回復原本的轉矩命令T*，並且趨於穩定。
圖5係根據一些實施例說明皮帶打滑控制方法200的流程圖。在步驟61中，車輛控制器26進行系統開機。
在步驟62中，車輛控制器26產生轉矩命令T*，並且轉矩命令T*傳送至啟動發電機，換言之，啟動發電機接收來自車輛控制器26的轉矩命令T*，並且維持著轉矩命令T*。
在步驟63中，車輛控制器26讀取或接收引擎轉速Erpm及啟動發電機轉速BSGrpm。引擎轉速Erpm及啟動發電機轉速BSGrpm分別由感測器18、感測器17所擷取。
在步驟64中，啟動發電機轉速BSGrpm和引擎轉速Erpm之間產生一轉速差x。車輛控制器26比較轉速差x與一預設常數值n，並且判斷轉速差x是否大於預設常數值n。當轉速差x大於預設常數值n時(等同x>n)，此時皮帶13產生打滑狀況，則進入步驟65。在步驟65中，車輛控制器26產生打滑訊息，此時步驟68的打滑指標(flag)為1，打滑指標在程式設計是指有分配意義的2進位值或編碼之暫存器，打滑指標為1與0分別代表不同處理程序。
在步驟66中，車輛控制器26產生轉矩控制命令T*slip+，轉矩控制命令T*slip+將啟動發電機的負轉矩提升為正轉矩(即，轉矩控制命令T*slip+係一正轉矩命令)。在步驟67 中，車輛控制器26將轉矩控制命令T*slip+傳送給啟動發電機，轉矩控制命令T*slip+取代原本的轉矩命令T*，啟動發電機接收且執行轉矩控制命令T*slip+，啟動發電機將皮帶輪11的負轉矩提升為正轉矩，能抑制啟動發電機在發電時或啟動時皮帶13的打滑現象。
步驟67執行完後，回到步驟62、63、及64。在步驟64中，此時轉速差x已被縮小，轉速差x小於預設常數值n時(等同x<n)，則進入步驟68。在步驟68中，判斷是否有打滑指標。進行上述打滑控制後(步驟65、66、及67)，打滑指標仍然為1，因此進行步驟69，車輛控制器26降低啟動發電機的正轉矩為至少一步階值，該至少一步階值係負值轉矩。在步驟70中，車輛控制器26將轉矩命令T*傳送到啟動發電機，啟動發電機接收且執行轉矩命令T*。此外，車輛控制器26去除打滑指標，將打滑指標由1轉變為0。
待步驟70結束後，再回到步驟62、63、及64。在步驟64中，轉速差x已小於預設常數值n時(等同x<n)，進入步驟68。在步驟68中，判斷是否有打滑指標，此時打滑指標已被去除，等同打滑指標=0。直接進入步驟70，車輛控制器26直接將轉矩命令T*傳送到啟動發電機，啟動發電機接收且執行轉矩命令T*。
圖6係根據一些實施例說明使用皮帶打滑控制方法200之轉速-轉矩的折線圖。圖6的橫軸為時間。左縱軸為轉速，單位為每分鐘轉速(Revolutions Per Minute)。右縱軸為轉矩，單位為牛頓米(Nm)。實線81代表引擎側皮帶輸12的轉速，等同引擎轉速。虛線82代表啟動發電機側皮帶輪11的 轉速，等同啟動發電機轉速。圓圈83為實線81與虛線82無重疊處，代表引擎轉速與啟動發電機轉速產生一轉速差，亦為皮帶13的打滑現象。實線85代表啟動發電機執行轉矩命令T*的轉矩值，圖上顯示為-20牛頓米(Nm)。虛線84代表啟動發電機執行其他轉矩控制命令的轉矩值。在皮帶打滑控制方法200的運作中，如步驟63及64所述，車輛控制器26得知引擎轉速與啟動發電機轉速產生一轉速差(圓圈83處)，且轉速差和預設常數值n比較後，車輛控制器26產生轉矩控制命令T*slip+(步驟65、66、及67)，此時啟動發電機執行轉矩控制命令T*slip+，使得啟動發電機的負轉矩提升為正轉矩，如斜線86所示，原本的轉矩值為-20牛頓米提升為+3牛頓米。
執行完步驟65、66、及67，回到步驟62、63、及64，此時轉速差x已被縮小，轉速差x小於預設常數值n(等同x<n)，則進入步驟68。在步驟68中，打滑指標仍然為1，因此進行步驟69，車輛控制器26降低啟動發電機的正轉矩為至少一步階值，如水平線87，將原本的轉矩值為+3牛頓米下降為負轉矩，該水平線87的轉矩值係負值。進入步驟70，車輛控制器26將轉矩命令T*傳送到啟動發電機且去除打滑指標，如斜線88，啟動發電機的轉矩值回復為-20牛頓米。
啟動發電機將負轉矩提升為正轉矩值後，並且將轉矩值降低為至少一步階值，再回到原本的轉矩值。圓圈83的實線81與虛線82逐漸重疊，代表引擎轉速與啟動發電機轉速之轉速差逐漸縮小，換言之，啟動發電機在發電時或啟動時，皮帶13的打滑現象被抑制並且被消除。皮帶打滑控制 方法200重新回到步驟62、63、及64，並且執行步驟64、68、及70，啟動發電機回復原本的轉矩命令T*，並且趨於穩定。
特別地，本案透過引擎與啟動發電機之轉速差異進行判斷，針對啟動發電機進行輸出扭矩調整之技術手段，達成啟動發電機的轉速與引擎轉速一致性，進而降低車輛在運行過程中，皮帶造成打滑、異音、及抖動之狀況。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧皮帶打滑控制方法
120、121、122、123、124‧‧‧步驟
Erpm‧‧‧引擎轉速
BSGrpm‧‧‧啟動發電機轉速
x‧‧‧轉速差值
n‧‧‧預設常數值

Claims (16)

  1. 一種用於皮帶啟動發電機之皮帶打滑控制方法，該皮帶打滑控制方法包含：比較一引擎轉速與一啟動發電機的轉速；當該引擎轉速與該啟動發電機的轉速之一轉速差值大於一第一預設常數值，產生一打滑訊息；根據該打滑訊息，降低該啟動發電機的一負轉矩；以及去除該打滑訊息。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之皮帶打滑控制方法，其中所述產生該打滑訊息的步驟包含：比較該轉速差值與一第二預設常數值，其中該第二預設常數值大於該第一預設常數值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之皮帶打滑控制方法，其中所述根據該打滑訊息，降低該啟動發電機的該負轉矩的步驟包含：當該轉速差值大於該第二預設常數值時，產生一快速降負轉矩命令；以及傳送該快速降負轉矩命令到該啟動發電機。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之皮帶打滑控制方法，其中所述根據該打滑訊息，降低該啟動發電機的該負轉矩的步驟包含：若該轉速差值小於該第二預設常數值，產生一降低負轉矩命令；以及 傳送該降低負轉矩命令到該啟動發電機。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之皮帶打滑控制方法，還包含：讀取該引擎轉速與該啟動發電機的轉速。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之皮帶打滑控制方法，還包含：取代一原本的轉矩命令。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之皮帶打滑控制方法，還包含：回復一原本的轉矩命令。
  8. 一種用於皮帶啟動發電機之皮帶打滑控制方法，該皮帶打滑控制方法包含：比較一引擎轉速與一啟動發電機的轉速；當該引擎轉速與該啟動發電機的轉速之一轉速差值大於一預設常數值，產生一打滑訊息；根據該打滑訊息，將該啟動發電機的一負轉矩提升為一正轉矩；以及去除該打滑訊息。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之皮帶打滑控制方法，還包含：根據該打滑訊息，產生一正轉矩命令。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之皮帶打滑控制方法，還包含：傳送該正轉矩命令到該啟動發電機。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之皮帶打滑控制方法，還包含：降低該正轉矩為至少一步階值，其中該至少一步階值係負值轉矩。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之皮帶打滑控制方法，還包含：取代一原本的轉矩命令。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之皮帶打滑控制方法，還包含：回復一原本的轉矩命令。
  14. 一種用於皮帶啟動發電機之皮帶打滑控制系統，該皮帶打滑控制系統包含：一第一感測器，位於一引擎側，用於偵測一引擎轉速；一第二感測器，位於一啟動發電機側，用於偵測一啟動發電機的轉速；以及一車輛控制器，該車輛控制器用以當該引擎轉速與該啟動發電機的轉速之間產生一轉速差值時，降低該啟動發電機之負轉矩或提升該啟動發電機為正轉矩。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之皮帶打滑控制系統，該車輛控制器用以定義至少一預設常數值，該至少一預設常數值與該轉速差值進行比較。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之皮帶打滑控制系統，該車輛控制器以至少一步階值降低該正轉矩。
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