用于控制机动车辆交流发电机的抵抗扭矩的方法和用于执行该方法的系统

摘要

本发明的方法可用于响应施加给交流发电机的转子的激励电流(I_ROTOR)产生车辆的车载系统中的供给电压（B+）。该方法包括：通过依据变量来确定激励电流最大占空比（DC_C_LIMIT）而限制抵抗扭矩，该变量取自包括所述转子的旋转速度（V_ROTOR）、所述转子的温度、所述激励电流和所述供给电压（B+）的组。根据本发明，最大占空比作为组中的至少两个变量的函数而被确定。根据一个特定实施例，变量是旋转速度和温度。根据另一实施例，变量是旋转速度和激励电流。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于控制交流发电机的抵抗扭矩的方法，该交流发电机 意图联接至机动车辆内燃机。本发明还涉及用于通过实施该方法控制该抵抗 扭矩的系统，以及包括该系统的交流发电机。

背景技术

在机动车辆领域中，已知的是，供应至车载电系统的电压可通过称为“调 节器”的调节装置保持在预定设定值，独立于设备的电消耗或发动机的旋转 速度。

当前，机动车辆设备制造商已经开发了使用电子功率系统的非常高性能 的交流发电机，该系统通过使用数字技术的电路控制，特别是基于有线逻辑、 微处理器或微控制器的使用。

不像先前的围绕固定调节电压操作而不管车辆运行的方式的双刀调节 器，现代电子调节装置利用电子信号处理能力，以接收可变的设定值，所述 设定值通过发动机控制单元传递，以便优化电池电量和关于扭矩的电子设备 所需的发电。

可设想，当发动机起动或当加速时，交流发电机不应抽取扭矩，以便改 善小气缸容量的车辆的性能，或可设想，所抽取的扭矩可进一步减小，因为 电池已经被加载。

已知通过交流发电机抽取的抵抗扭矩可通过称为“LRC”（英语“负载响应 控制（Load Response Control）的首字母缩略词”）的递进加载功能限制。

特别地，当车辆起动时，且当大电负载连接到车载电系统时，LRC功能 阻止内燃机在空转或冷时停止。

没有LRC功能，这些负载的连接将导致PWM（“脉冲宽度调制”）类型 的电压调节器增加占空比，因此，供应交流发电机转子的激励电流供给增加， 且因而增加抵抗扭矩。

LRC功能通常基于变量限制该占空比，该变量诸如发动机的（即，内燃 机的）旋转速度、或温度、或激励电流或供给电压。

例如，欧洲专利申请EP2259421中披露的逐渐控制机动车辆交流发电机 上的负载的方法限定关于交流发电机旋转速度的占空比的最大允许值。

但是，现有技术中已知的实施LRC功能的方式（考虑仅一个决定变量） 在一些情况下具有弱点，例如在不期望超过扭矩值时。

发明内容

因此，本发明的目的是通过考虑这些变量的组合而克服该弱点。

在第一方面，本发明涉及一种方法，用于控制机动车辆交流发电机的抵 抗扭矩，交流发电机被设计为联接至车辆的内燃机，能够响应施加给交流发 电机转子的激励电流产生用于车载系统的供给电压，该方法包括通过根据变 量确定激励电流最大占空比而限制抵抗扭矩，所述变量取自包括转子的旋转 速度、转子的温度、激励电流和供给电压的组。

根据本发明，最大占空比基于至少旋转速度和温度而被确定，最大占空 比是温度的线性函数，具有与旋转速度成反比的梯度。

根据该方法的特定特征，温度基于电压调节器的温度测量值而被估计， 优选地是开关激励电流的半导体单元的连接处温度。

根据第二方面，本发明涉及一种系统，用于控制能够执行下述方法的机 动车辆交流发电机的抵抗扭矩，交流发电机被设计为联接车辆的内燃机并响 应在交流发电机的转子中流动的激励电流而产生给车载系统的供给电压，所 述系统包括限制抵抗扭矩，并包括：

信号发生器，控制激励电流并具有不大于最大占空比的可变占空比；

测量器件，来自包括用于测量转子的旋转速度的器件、用于测量转子的 温度的器件、用于测量激励电流的器件和用于测量供给电压的器件的第一 组；和

用于从测量器件提供的测量结果确定最大占空比的器件。

根据本发明，确定器件确定关于至少旋转速度和温度的最大占空比，该 最大占空比等于温度的线性函数，具有与所述旋转速度成反比的梯度。

根据系统的特定特征，确定器件还包括扭矩估计单元和控制激励的限制 的单元。

根据其他特定特征，扭矩估计单元包括来自第二组的至少一个处理单 元，该第二组包括放大器、滤波器、乘法器、映射器、减法器和二进制词长 适配器，且激励限制控制单元包括限制占空比的限制器。

根据另一特定特征，确定器件还包括存储器功能，其包括表示上述方法 的指令。

根据另一特征，本发明还涉及一种机动车辆交流发电机，所述交流发电 机包括具有上述特征的用于控制抵抗扭矩的系统。

对于本领域的技术人员，在与现有技术进行比较时，这些主要描述将使 通过根据本发明的用于控制机动车辆交流发电机的抵抗扭矩的方法、以及控 制系统和相应的交流发电机提供的优势更加清楚。

本发明的详细说明在以下描述中给出，该描述与附图相关联。应注意到， 这些图的目的仅是示出说明的文字，它们并不以任何方式构成对本发明范围 的限制。

附图说明

图1a是图表，显示现有技术中已知的与交流发电机的转子的旋转速度 有关的激励电流占空比的第一限制；

图1b是图表，显示现有技术中已知的与转子的温度有关的占空比的第 二限制；

图2是图表，显示根据本发明的与转子温度和旋转速度有关的最大占空 比；

图3显示了对根据图2的图表的占空比施加限制对所抽取的扭矩的影 响；

图4是图表，显示根据本发明的关于激励电流和温度的占空比的第三限 制；

图5显示了交流发电机的转子的电阻的变化，对于该电阻，本发明意图 为温度的函数；

图6显示了根据本发明的方法的第二变体对占空比施加限制对被抽取扭 矩的影响；

图7是根据本发明的系统的优选实施例的简要图，该系统用于控制机动 车辆交流发电机的抵抗扭矩，能够实施所述方法的第二变体。

具体实施方式

如已经在前言中提到的，在现有技术中已知几种方案，用于限制通过交 流发电机从机动车辆的内燃机提取的抵抗扭矩C。

第一方案包括建立关于交流发电机的旋转速度V_ROTOR的第一占空 比限制SPEED_LIMIT，其从相信号的周期估算。

图1a提供示例，其中，对于小于1500rpm的旋转速度V_ROTOR，最 大占空比DC_LIMIT是50%，该最大占空比朝向3700rpm变为100%。

该第一占空比限制SPEED_LIMIT使得可以避免在怠速时停止的风险。

第二已知方案包括基于交流发电机转子的温度T_ROTOR建立对占空比 的第二限制TEMP_LIMIT。温度T_ROTOR可以是基于交流发电机电压调节 器的温度测量而估计的温度，优选地，是用于交流发电机的激励电流 I_ROTOR的在MOS半导体开关单元的连接处的温度。

图1b提供示例，其中，对于小于-40℃的T_ROTOR温度，最大占空比 DC_LIMIT是50%，该最大占空比朝向-10℃的T_ROTOR温度变为100%。

在占空比TEMP_LIMIT上的该第二限制使得可以在以非常低的温度起 动时避免停止的风险。

但是，这些方案的一个或另一个的实施导致弱点：

如果仅使用第一方案，内燃机可起动，且根据图1a中的图表，最大占 空比DC_LIMIT可接近100%，但是发动机环境仍是冷的。在该情况下，转 子的低电阻（见图5）将导致最大激励电流，且因此导致最大被抽取扭矩C，

如果仅使用第二方案，没有从大于-10℃的T_ROTOR温度对怠速进行 设置。

根据本发明的方法通过组合第一和第二占空比限制SPEED_LIMIT、 TEMP_LIMIT而克服该弱点。

简单的组合包括使最大占空比DC_LIMIT等于第一和第二占空比限制 SPEED_LIMIT、TEMP_LIMIT中最大的那个：

DC_LIMIT=MAX(SPEED_LIMIT,TEMP_LIMIT)

在交流发电机样机上进行的测量已经显示出：

当冷（从-40℃至-20℃）时，在低V_ROTOR速度（大约2000rpm）下 的抵抗扭矩C被有效限制；

当热或高速时都没有限制。

另外的简单组合包括使最大占空比DC_LIMIT等于第一和第二占空比 限制SPEED_LIMIT、TEMP_LIMIT的平均值：

DC_LIMIT=MEAN(SPEED_LIMIT,TEMP_LIMIT)

在该相同交流发电机样机上进行的测量已经显示出：

当冷（从-40℃至-20℃）时，在低速（大约2000rpm）下的抵抗扭矩C 被有效限制；

当热和低速时都没有平均限制；

当热和高速时都没有限制。

更复杂的组合包括改变关于T_ROTOR温度（图1b）的第二占空比限制 TEMP_LIMIT的梯度，该梯度与旋转速度V_ROTOR成反比，例如图2所示：

对于1500rpm的速度V1，最大占空比DC_LIMIT的梯度是50/25=2；

对于2000rpm的速度V2，最大占空比DC_LIMIT的梯度是50/30=1.7；

最大占空比DC_LIMIT利用温度T_ROTOR的线性函数被计算,其梯度 与旋转速度V_ROTOR成反比(a和b是两个预先确定的常数):

DC_LIMIT=(a/V_ROTOR).T_ROTOR+b

也在交流发电机样机上进行的测量已经显示出：

当冷（从-40℃至-20℃）时，在低速（大约2000rpm）下的抵抗扭矩C 被有效限制；

通过旋转速度的V_ROTOR的倒数和温度T_ROTOR被线性控制的抵抗 扭矩被限制；

当热和高速时都没有限制。

图3显示了实施占空比限制的影响：在没有限制函数3时负载（诸如图 表中呈现的负载）被连接的情况下，关于旋转速度V_ROTOR与抵抗扭矩C 的关系曲线1未显示出最大值2放缓。

在用于控制根据本发明的机动车辆交流发电机的抵抗扭矩C的方法的 第一变体中，与用于计算最大占空比DC_LIMIT的旋转速度V_ROTOR相关 联的变量是在转子中流动的激励电流I_ROTOR。当开关该电流的半导体在 通过状态时，可例如进行测量。

作为激励电流I_ROTOR的函数的占空比DC_I_LIMIT的第三限制通过 限制器4限定，该限制器如图4所示预先设定。

激励限制仅在预先设定的电流阈值I_TH之后发生。与激励电流 I_ROTOR成比例的抵抗扭矩C因此限制到该阈值I_TH之上。

如图5所示，当冷时，转子具有低电阻R，例如在-40℃的T_ROTOR温 度时为1.7ohm。

激励电流I_ROTOR随占空比线性地变化（通过对于该-40℃的 T_ROTOR温度的第一直线5表示的变化）且变为最大值，如图4清楚地显 示的。因此，当占空比在没有限制的情况下是100%时，激励电流可例如达 到8A。

激励电流高于电流阈值I_TH（4A，例如如图4所示），第三占空比限制 DC_I_LIMIT在第一运行点6处动作，该点是预先设定的限制器4和第一直 线5之间的交点。

如图5所示，当热时，转子具有更高的电阻R，例如在180℃的T_ROTOR 温度时为3.6ohm。

第二直线7表示对于该180℃的T_ROTOR温度关于占空比的激励电流 I_ROTOR的变化，该第二直线与预先设定的限制器4相交，在电流阈值I_TH 以下的第二运行点8，例如对应于3.8A的激励电流：第三占空比限制 DC_I_LIMIT在热时不动作。

对于常规的中间T_ROTOR温度，常规的操作点9，对应于表示激励电 流I_ROTOR的电流直线10和用于该常规T_ROTOR温度的占空比之间的交 点，根据转子被加热的程度11而变化。

根据本发明的方法的该第一变体，第三占空比限制DC_I_LIMIT与关于 交流发电机的旋转速度的第一占空比限制SPEED_LIMIT（如图1a所示）结 合，以确定最大占空比DC_LIMIT。

优选地，该最大占空比DC_LIMIT等于第一和第三占空比限制中的较大 值：

DC_LIMIT=MAX(SPEED_LIMIT,DC_I_LIMIT)

在交流发电机样机上对该第一变体进行的测量已经显示出：

对于在低速V时的强激励电流，抵抗扭矩C被有效限制；

当转子热时，几乎没有抵抗扭矩C的限制。

在根据本发明的用于控制机动车辆交流发电机的抵抗扭矩C的方法的 第二变体中，最大占空比DC_LIMIT基于转子旋转速度V_ROTOR、激励电 流I_ROTOR和供给电压B+而被确定：

DC_LIMIT=f(V_ROTOR,I_ROTOR,B+)

为了达到这样，如果关于转子旋转速度V_ROTOR、激励电流I_ROTOR 和供给电压B+的抵抗扭矩C的扭矩估计C_TA大于预先设定的扭矩阈值 C_TH，第四占空比限制DC_C_LIMIT开始起作用。

如果通过称为“扭矩辅助”的功能实现的扭矩估计C_TA大于预先设定的 扭矩阈值C_TH，最大占空比DC_LIMIT等于第四占空比限制DC_C_LIMIT。

在该情况下，该第四占空比限制DC_C_LIMIT胜过通过环调节电压B+ 准备的控制值。

如果扭矩估计C_TA小于与预先设定的阈值C_TH，几乎没有占空比的 限制，其通常通过调节环控制以将系统电压保持在设定值。

图6清楚地显示执行用于控制交流发电机的抵抗扭矩C的方法的该第二 变体的效果，这是在减慢时电负载增加的情况下：所抽取的扭矩显示了平台 12，其处于等于固定扭矩阈值C_TH的水平。

当根据本发明的方法在其大体原理上考虑至少两个变量（表示交流发电 机的运行）以确定最大占空比DC_LIMIT时，相应的抵抗扭矩C的控制系 统13包括测量这些变量所需的器件，如图7所示。

图7中的简要图更具体地是用于抵抗扭矩C的控制系统13的图，所示 系统可在根据本发明的方法的第二变体中实施。

该控制系统13包括用于在该第二变体中考虑的三个变量的三个测量器 件14：

用于通过测量车载系统的供给电压B+而测量供给电压15的器件；

用于测量激励电流16的器件，当MOS开关半导体单元在通过状态时， 其测量激励电流I_ROTOR；

用于测量旋转速度17的器件，其基于相电流测量交流发电机的旋转速 度V_ROTOR。

由测量器件14提供的B+、I_ROTOR和V_ROTOR的测量结果通过扭 矩估计单元18处理，该扭矩估计单元包括多个处理单元：

交流发电机映射单元19（预先设定的表或多项式函数）；

放大器和滤波器20；

乘法器21，组合放大的和滤波的测量结果，以提供估计扭矩C_TA；

减法器22，准备扭矩误差、预先设定的扭矩阈值C_TH和估计的扭矩 C_TA之间的差异；

二进制词长适配器23。

来自扭矩估计单元18的输出24应用到激励限制控制单元25。

该激励限制控制单元25限制可变占空比，当被估计的扭矩C_TA大于 扭矩阈值C_TH时，通过占空比限制限制器27，该可变占空比被预先存在的 交流发电机电压调节器26减小到最大占空比DC_C_LIMIT。

由此，当被估计的扭矩C_TA小于扭矩阈值C_TH时，控制激励电流的 信号发生器28提供用于通过电压调节器26确定的可变占空比的PWM信号， 以便将供给电压B+保持在设定的电压B_REF处，且当车载电系统上的大负 载如果在其没有被控制的情况下会产生大于扭矩阈值C_TH的被抽取扭矩 时，PWM信号提供最大占空比DC_C_LIMIT。

B+、I_ROTOR和V_ROTOR的测量结果可通过程序由扭矩估计单元18 和激励限制控制单元25处理，该程序使用另外的例程，所述例程有利地在 微处理器或微控制器（包括现代标准交流发电机调节装置）的存储器中执行。 该处理还可通过数字逻辑（ASIC类型的数字逻辑）或可编程逻辑（FPGA、 CPLD）执行。

显然，本发明不仅限于上述优选实施例。

具体地，表示除上述那些之外的交流发电机的运行的变量的考虑，以及 通过除那些特别指出的之外的组合或函数进行的最大占空比DC_LIMIT的 确定，将仅构成变体实施例，即便它们更有效。

这些其他实施例将不超过本发明的范围，只要它们被以下权利要求所覆 盖。