CN102971933A - 管理机动车的电子计算机的微控制器的供给电压的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于管理机动车的电子计算机（1）的电源电压（V_S）的方法，其中电子计算机（1）包括：微控制器（4），电源电路（3），所述电源电路（3）由来自电池（2）的电压（V_I）供电，并且向微控制器（4）供给由具有由时钟（7）所设置的标称调节频率（F_REF）的调节器（8）所调节的电源电压（V_S），至少一个电子部件（5），所述至少一个电子部件（5）被连接到微控制器（4）并且被连接到向微控制器（4）供给经过调节的电源电压（V_S）的电源电路（3），在微控制器（4）与电源电路（3）之间的通信装置（9），其特征在于所述方法包括下面的步骤：由微控制器（4）识别来自至少一个电子部件（5）的电流需求（I_D）的即将来临的修改，借助通信装置（9），由微控制器（4）向电源电路（3）发送增加电源电路（3）的标称调节频率（F_REF）的指令（S），在由电源电路（3）的内部时钟（7）所测量的预定的时间段（T）内，由电源电路（3）将其标称调节频率（F_REF）增加到较高的调节频率（F_ACCEL），当预定的时间段（T）已经消逝时，由电源电路（3）把较高的调节频率（F_ACCEL）降低到其标称调节频率（F_REF）。

Description

管理机动车的电子计算机的微控制器的供给电压的方法

技术领域

本发明涉及一种用于管理机动车的电子计算机的电源电压的方法。

背景技术

现今，被安装在机动车中的电子计算机包括电源电路，所述电源电路被连接到车辆的电池，并且管理被输送到在电子计算器中所包含的各种电子部件以及被输送到微控制器的电源电压。

电源电路的目的是向这些部件供给经过调节的并且稳定的电源电压，而不顾电池电压的波动并且不顾来自微控制器和来自电子部件的电流需求。

事实上，将被理解的是，如果电池电压波动，例如当该电压在起动发动机时下降时，那么电池输送到电子计算机的电源电路的电压也下降。计算机的电源电路接着必须针对该下降被适配和被补偿，以便针对微控制器和针对部件维持稳定的电源电压，以便不对它们的工作有影响。

相反地，如果来自微控制器和/或电源电路的部件的电流需求突然较高（例如通过接通诸如车辆的空调之类的部件），那么电源电路必须接着适应于电流需求的这个上升。在所谓的“斩波”电源电路的情况下，电源电路根据对于其斩波电路是固有的加载和卸载频率（load and unload frequency）来调节电源电压。斩波在于聚集能量并且把能量传输到载荷，同时以循环的方式使电流的消耗中断。斩波电源的工作频率是预定的，并且并不总是适合于针对来自微控制器和/或部件的电流的高需求或该电流的大的下降的非常快速的瞬态阶段。在没有使电源电路过热的风险的情况下，持久地增加电源电压的这个调节频率是不可能的。

直到现在，为了克服这个问题，通过在电源电压线上使用具有高电容值（50μF）的电容器，微控制器的以及部件的电源电压的调节已经被实现，其中所述电源电压线在一方面为电源电路与另一方面为微控制器和电子部件之间。这些电容器使得在电流需求的大变化期间使电源稳定成为可能。这些电容器一般是过大的，以便甚至在电流需求的大变化的极端情况下也能够使电压稳定。这对于本领域技术人员是公知的，并且在这里将不被更详细地描述。

这个解决方案的缺点是由于电子部件（在这个情况下是电容器）的过大尺寸所引起的显著成本。此外，电源电路的适配时间没有被优化，因为一旦这已经发生，它只对电流需求的修改起反应。这的结果是，在转变阶段期间，电源电路供给如下电源电压片刻（对于电容器调节电压所需的时间）：所述电源电压不是稳定的并且所述电源电压的值根据所使用的电容器的瞬态阶段波动。

本发明计划克服的就是这个缺点。

发明内容

本发明提出一种用于管理机动车的电子计算机的电源电压的方法，从而使具有高电容值的电容器不成为必需的，并且对于电流需求变化比现有技术的设备反应得更快。在这种情况下，本发明基于如下事实：关于电流需求的即将来临的变化的信息是在微控制器本身中可得到的信息项，其中所述电流需求的即将来临的变化是由于接通或关断由微控制器所管理的电子部件引起的。这使得预测这些变化并且在电流需求变化的瞬态阶段期间更快地适配电源电压成为可能。

本发明的目的借助于一种用于管理机动车的电子计算机的电源电压的方法被实现，其中所述电子计算机包括：

·微控制器，

·电源电路，所述电源电路由来自电池的电压所供电，并且向微控制器供给由具有由时钟所设置的标称调节频率的调节器所调节的电源电压，

·至少一个电子部件，所述至少一个电子部件被连接到微控制器并且被连接到向微控制器供给经过调节的电源电压的电源电路，

·在微控制器与电源电路之间的通信装置，

其特征在于所述方法包括下面的步骤：

·由微控制器识别来自至少一个电子部件的电流需求的即将来临的修改，

·借助通信装置，由微控制器向电源电路发送增加电源电路的标称调节频率的指令，

·在由电源电路的内部时钟所测量的预定的时间段内，由电源电路将其标称调节频率增加到较高的调节频率，

·当预定的时间段已经消逝时，由电源电路把较高的调节频率降低到其标称调节频率。

在本发明的第一实施例中，标称调节频率是脉冲宽度被调制的信号，并且该频率的增加通过修改该信号的形状来实现。

在另一实施例中，调节器是比例积分微分调节器，并且电源电路的调节频率的增加通过修改该调节器的参数的值来实现。

第三实施例组合前述两个实施例。

有利地，本发明提出，预定的时间段代表电流需求的修改的瞬态阶段的典型的平均时间段，或者是增加电源电路的标称调节频率的指令的函数。

最后，本发明还涉及机动车的实施上述方法的任何电子计算机。

附图说明

在阅读借助于非限制性的例子给出的下面的描述时，并且在仔细阅读附图时，本发明的其它目的、特征和优点将变得明显，在所述附图中：

·图1是根据本发明的用于管理机动车的电子计算机的电源电压的设备的框图，

·图2是根据本发明的电子计算机的详细电路图，

·图3是根据本发明的用于管理电源电压的方法的图形表示。

具体实施方式

用于管理机动车（未示出）的电子计算机1的电源电压的设备在图1中被示出。电子计算机1包括微控制器4，所述微控制器4通过通信装置9被连接到一个或多个电子部件5。微控制器4管理这些部件5的工作。微控制器4通过电源电路3被供给有电压和电流，所述电源电路3分别向微控制器4供给电源电压V_S和电流I_S，微控制器4使用所述电源电压V_S和电流I_S用于其自己的工作。部件5也被连接到电源电路3，并且被供给有相同的电压V_S和相同的电流I_S。

电源电路3本身由车辆的电池2被供给有电流，所述车辆的电池2向电源电路3提供电压V_I。该电源电路3的接通与车辆的状态有关，并且特别地与点火钥匙（ignition key）6的状态有关，当所述点火钥匙6被插入（engage）时，也就是说，当用户起动他的车辆或简单地接触时，所述点火钥匙6发送信号K，这给电子计算机1上电。

电源电路3在图2中被示出。该电源电路3具有电源电压V_S的标称调节频率F_REF，所述电源电压V_S的标称调节频率F_REF是例如由时钟7控制并且由“比例积分微分”调节器（被称为PID调节器8）调节或由调节器调节的PWM（脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation））类型的信号。

微控制器4和电源电路3通过总线类型9的串行通信链路连接，所述总线类型9的串行通信链路连接针对诊断或针对电源的配置是必需的。该通信总线9使得在车辆已经停止之后将微控制器4维持欠压片刻成为可能，以便实现各种操作，例如实现当发动机已经停止时保持发动机的冷却风扇运行的操作。

根据本发明，当微控制器4探测到来自部件5之一的电流需求I_D的即将来临的修改时，例如当微控制器4探测到空调的接通或关断已经由用户（通过按压车辆的仪表板上的起动/停止按钮）实现时，微控制器4通过通信总线9并且甚至在空调已经起动或停止之前向电源电路3发送请求增加其调节频率F_REF的指令S。它这么做，以便使电源电压V_S更快地适配于电流需求I_S的这个增加或减少。应该注意的是，由微控制器4实现的并且来自部件5的即将来临的电流需求的这个探测是可能的，因为微控制器4管理这些部件5的工作，并且该微控制器4因此通过通信装置9被连接到这些部件，但是该微控制器4还被连接到诸如致动其操作的接通按钮之类的所有接口（未示出）。

在部件5的由用户所请求的接通或关断与该部件的实际接通或关断之间的等待时间（其是约十毫秒至一百毫秒的量级）远大于微控制器4向电源电路3发送指令S所需的时间。后者可以因此预测电流需求I_S的修改，并且修改其调节频率F_REF，以便更快地将电源电压V_S调节到其标称值V_REF。

因而，当部件被接通时，也就是说在电流需求I_S的实际修改的时候，电源电路3已经以较高的调节频率F_ACCEL工作，并且更快速地使电源电压V_S适配于其标称值V_REF。

根据本发明的用于管理电源电压的方法在图3中通过图形表示来图示。

在该图3中，根据时间t示出下列内容：

·在图3a中，点火钥匙6的状态K，其中0对应于钥匙没有被插入，而1对应于已插入的钥匙，

·在图3b中，来自微控制器4和部件5的电流需求I_S，

·在图3c中，根据电流需求I_S的修改的来自电源电路3的电压V_S，

·在图3d中，根据不同的阶段P0、P1、P2、P3、P4和P5的由电源电路3所使用的电源电压的不同调节频率F_REF和F_ACCEL，其中所述不同的阶段P0、P1、P2、P3、P4和P5根据电流需求I_S的值和修改被限定。

当点火钥匙6被插入时（图3a中的位置1），电子计算机1用电流I_S和电压V_S=V_REF（参见图3b和图3c）被供电。这个阶段对应于图3b中的阶段P1。

在这个阶段P1期间，电源电路3以等于其标称频率F_REF的调节频率将电压V_S调节在其标称值V_REF处。

当来自微控制器和/或部件5的电流突然增加I_S+时（参见图3b），在阶段P2期间，根据现有技术，由电源电路3所输送的电压V_S突然下降（参见图3c中的虚线A）。根据本发明，之前在时间t1已经接收到指令S的电源电路3已经将其调节频率F_REF增加到较高的频率F_ACCEL（参见图3d），以便使电源电压V_S更快地适配于电流需求的该上升I_S+。因而，电源电压V_S的瞬时下降在幅度方面和在持续时间方面比在现有技术的设备的情况下的电源电压V_S的瞬时下降小得多（参见图3c中的实线B）。

由电源电路3对较高的调节频率F_ACCEL的使用在预定的时间段T内被实现。一旦该预定的时间段T已消逝，在电流需求的稳定的阶段P3期间，电源电路3返回到其标称调节频率F_REF。预定的时间段T例如代表电流需求I_S的修改的瞬态阶段的典型的平均时间段，并且不应超过数个毫秒，以便不使电源电路3过热。它还可以变化，并且可以与由微控制器4所发送的指令S有关。

阶段P4表示电流下降I_S－发生的情况。以相同的方式，根据本发明的方法使得将电源电路3的调节频率F_REF从时间t3开始（一经指令S在阶段P4之前已经被发送到电源电路）并且在预定的时间段T内增加到频率F_ACCEL并且因而在幅度和持续时间方面减少由电流需求的这个下降所激发的电压V_S的上升成为可能（参见图3c中的实线B和虚线A）。

指令S从微控制器4到电源电路3的发送以及电源电路3的调节频率的改变通过被包含在微控制器4中和在电源电路3中的软件的编程来实现，而无需添加电子部件。通过修改PWM频率信号和/或通过修改PID调节器的参数，电源电路3的调节频率F_REF的改变被实现。使用高频率F_ACCEL的预定的时间段T通过使用在电源电路3中已经现存的时钟7来确定，所述时钟7被连接到PID控制器8并且设置PWM信号的定时。

与现有技术相比，本发明因而使得在幅度方面和在持续时间方面减少被供给到微控制器4和被供给到部件5的电源电压V_S在电流需求I_S的修改的瞬态阶段期间的波动成为可能。本发明此外具有拥有低成本的优点，因为本发明可以通过对软件进行编程被简单地产生，并且使得显著地减少现有技术的电容器的电容值成为可能。

本发明当然不限于仅仅通过例子已经被给出的所描述的和所示出的实施例。本发明并不限于被供给到微控制器和被供给到微控制器管理其工作的部件的电压的调节，并且当然，本发明可适用于被供给到任何所谓的“智能（intelligent）”部件（传感器、执行器）（也就是说，具有向电源电路发送警告其有由于其接通或关断引起的电流需求的即将来临的变化的指令的能力的电子部件）的电压的调节。在这个方面，本发明可以被应用于所谓的“智能化（SMART）”电子部件。

Claims (6)

1.一种用于管理机动车的电子计算机（1）的电源电压（V_S）的方法，其中，电子计算机（1）包括：

·微控制器（4），

·电源电路（3），所述电源电路（3）由来自电池（2）的电压（V_I）供电，并且向微控制器（4）供给由具有由时钟（7）所设置的标称调节频率（F_REF）的调节器（8）所调节的电源电压（V_S），

·至少一个电子部件（5），所述至少一个电子部件（5）被连接到微控制器（4）并且被连接到向微控制器（4）供给经过调节的电源电压（V_S）的电源电路（3），

·在微控制器（4）与电源电路（3）之间的通信装置（9），

其特征在于所述方法包括下面的步骤：

·由微控制器（4）识别来自至少一个电子部件（5）的电流需求（I_D）的即将来临的修改，

·借助通信装置（9），由微控制器（4）向电源电路（3）发送增加电源电路（3）的标称调节频率（F_REF）的指令（S），

·在由电源电路（3）的内部时钟（7）所测量的预定的时间段（T）内，由电源电路（3）将其标称调节频率（F_REF）增加到较高的调节频率（F_ACCEL），

·当预定的时间段（T）已经消逝时，由电源电路（3）把较高的调节频率（F_ACCEL）降低到其标称调节频率（F_REF）。

2.根据权利要求1所述的管理方法，其特征在于，标称调节频率（F_REF）是脉冲宽度调制（PWM）信号，并且该频率的增加通过修改该信号的特征被实现。

3.根据权利要求1或2所述的管理方法，其特征在于，调节器（8）是比例积分微分调节器（8），并且电源电路（3）的调节频率（F_REF）的增加通过修改PID调节器（8）的参数的值被实现。

4.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的管理方法，其特征在于，预定的时间段（T）代表电流需求（I_S）的修改的瞬态阶段的平均时间段。

5.根据权利要求1至3之一所述的管理方法，其特征在于，预定的时间段（T）是增加电源电路（3）的标称调节频率（F_REF）的指令（S）的函数。

6.一种机动车的电子计算机（1），其实施根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法。

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