CN104052355B - 一种汽车智能发电机管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车智能发电机管理系统，包括电压调节器和ECU，所述电压调节器包括MCU、电源模块、电压采样电路、励磁控制电路、指示灯控制电路、转速采样电路和ECU通信控制电路；MCU通过电压采样电路引出B+端且与发电机的发电输出端连接；MCU通过转速采样电路引出P端且与发电机的相位输出端连接；MCU通过励磁控制电路引出励磁控制F端且与发电机励磁线圈一端连接；MCU通过指示灯控制电路引出L端，L端依次串接充电指示灯和点火开关后与B+端并接在蓄电池正极；MCU通过ECU通信控制电路与ECU双向连接。该管理系统能够实现ECU根据实时负载情况动态控制发电机输出，能够提高交流发电机在发动机怠速状态下的稳定性，从而改善车辆燃油消耗。

Description

一种汽车智能发电机管理系统

技术领域

本发明涉及一种汽车发电机管理系统，特别涉及一种汽车智能发电机管理系统。

背景技术

在汽车交流发电机系统中，电压调节器通过对发电机励磁电流的控制，实现对发电机输出电压的自动调节。现有的电压调节器有单功能及多功能两种调节器。单功能电压调节器的常规端子有：B+端——连接发电机的电压输出端，F端——连接激磁线圈，E端——接地端，S端——连接至电瓶的正极，用于侦测电瓶的电压，C端——用于降低发电机的输出减轻引擎负载，L端——电瓶指示灯，IG端——连接于汽车上的点火开关，FR端——连接至车上的计算机控制器。这种单功能电压调节器不具有转速采样端，不能够对汽车发电机的转速进行采集，从而对电压进行实时调节。

多功能电压调节器除单功能调节器的端子外，还具有P端——转速采样端，能够侦测发电机相信号的状态，还可以实现短路保护、软启动、负载响应控制（LRC）等功能。

中国实用新型专利CN2909694公开的一种具有微处理控制器的汽车发电机电压调节器就是一种多功能电压调节器。该汽车发电机电压调节器包括微处理器，传感器，采样电路，ECU瞬时控制接口，电压稳压源以及一功率输出单元，其中传感器、采样电路、ECU瞬时控制接口分别与微处理器的输入端口相连接，电压稳压源与该微处理器的电源端口相连接，功率输出单元与该处理器的PWM输出端口相连接。

这种多功能电压调节器可通过微处理器与发动机通过数字信息实现双向瞬时通信。调节器可提供当前交流发电机充电系统负载量信息，发动机控制器可根据蓄电池温度、发动机转速、负载、扭矩、温度等多种情况作出判断，发动机控制器（ECU）将信息传输给调节器，以控制最佳发电机镇定电压，这个循环在汽车点火开关信号采样瞬时不断地进行，从而使汽车充电系统电压达到最佳状态。但是以上电路均是反馈实现的，并不能实现ECU控制发电机是否发电，因此这种类型的系统是有局限性的。

通常，当交流发电机的输出快速改变的时候，将导致发动机的怠速快速改变。在传统的系统中这种交流发电机的输出变化，对于ECU来说太快而不能做出反应。由于发动机的时间常数比交流发电机更大，所以油门控制不能及时调整，从而影响发动机的怠速速度。

发明内容

本发明的目的是要提供一种汽车智能发电机管理系统，该管理系统能够实现ECU根据实时负载情况动态控制发电机输出，能够提高交流发电机在发动机怠速状态下的稳定性，从而改善车辆燃油消耗。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种汽车智能发电机管理系统，包括一电压调节器和ECU，所述电压调节器包括MCU、电源模块、电压采样电路、励磁控制电路、指示灯控制电路、转速采样电路和ECU通信控制电路；其中电压采样电路、转速采样电路分别与MCU的输入端口连接，电源模块与MCU的电源端口连接，励磁控制电路和指示灯控制电路分别与MCU的输出端口相连接；所述MCU通过电压采样电路引出B+端且与发电机的发电输出端连接，用于采集发电机的输出电压；所述MCU通过转速采样电路引出P端且与发电机的相位输出端连接，用于采集发电机转速；所述MCU通过励磁控制电路引出励磁控制F端且与发电机励磁线圈一端连接；所述MCU通过指示灯控制电路引出L端，L端依次串接充电指示灯和点火开关后与B+端并接在蓄电池正极；所述MCU通过ECU通信控制电路与ECU双向连接用于实现双向通信。

优选的是，所述ECU通信控制电路包括一输入电路和一输出电路，所述输入电路引出IG端且与ECU的控制输出端口连接，所述输出电路引出FM端且与ECU的一个输入端口连接，通过IG端能够实现ECU实时控制发电机的工作状态。

优选的是，所述电压调节器还具有一接地端。

优选的是，所述电压采样电路包括相互并联的电阻R2、电容C1和稳压二极管ZD1，所述电阻R2、电容C1和稳压二极管ZD1并联后一端接地，另一端依次串接电阻R1和二极管D1后引出所述B+端。

优选的是，所述励磁控制电路包括一MOS管M1和M1驱动电路以及一二极管D2，所述M1驱动电路连接在MOS管M1的栅极与MCU之间，MOS管M1的源极连接所述B+端，MOS管M1的漏极连接二极管D2的负极后接地，所述F端由MOS管M1的漏极和二极管D2的负极之间引出。

优选的是，所述指示灯控制电路包括一MOS管M2和M2驱动电路以及一二极管D3，所述M2驱动电路连接在MOS管M2的栅极与MCU之间，二极管D3的负极连接MOS管M2的漏极，二极管D3的正极通过M2驱动电路连接MCU的一输入端口，MOS管M2的源极接地，所述L端由二极管D3的正极引出。

优选的是，所述转速采样电路包括一三极管T1和二个电阻R3、R4，所述三极管T1的集电极连接MCU，三极管T1的发射极接地，所述二个电阻R3、R4一端并联后引出所述P端，电阻R3、R4的另一端分别连接三极管T1的基极和发射极。

优选的是，所述输入电路包括一二极管D4和电阻R5，所述二极管D4的正极连接MCU的一输入端口，所述电阻R5一端连接所述二极管D4的正极、另一端连接所述B+端，所述IG端由二极管D4的负极引出。

优选的是，所述输出电路包括一三极管T2和电阻R6，所述电阻R6一端连接MCU的一输出端口，电阻R6另一端连接三极管T2的基极，三极管T2的发射极接地，所述FM端由三极管T2的集电极引出。

本发明的有益效果是：

1、该系统能够实现ECU通过电压调节器实时检测发电机负载状态，并根据实时负载情况接通和断开励磁回路，动态控制发电机输出，能够节省发电机自动调节的延滞时间，提高交流发电机在发动机在怠速状态下的稳定性，从而改善车辆燃油消耗。

2、该系统可实现ECU通过缓慢增加每分钟转速来解决交流发电机在空转时输出不够的问题，最终形成稳定的系统电压，防止电池耗尽，提高蓄电池的使用寿命。

3、该系统能够帮助改进高转速时的发动机性能。当油门充分开放时，ECU优先减少交流发电机的机械负载从而给发动机最大的功率，此时，电压调节器的设定值被ECU减小。反之，减少交流发电机的输出，也就减少了发动机的机械负载。当发动机启动时，该系统还能改善加速时间，减少电池耗尽。

4、该系统通过电压调节器能够给ECU反馈电气和机械故障信号，通过ECU识别这些信号后能够做出合适的校正，或者通过报警将这些故障情况传达给车辆的驾驶员。

附图说明

图1是本发明的系统连接示意图。

图2是本发明电压调节器的电路框图。

图3是本发明电压调节器的电路原理图。

图中：电压调节器1，ECU2，蓄电池3，励磁线圈4，发电机5，MCU6、励磁控制电路7，转速采样电路8，ECU通信控制电路9，输入电路901，输出电路902，指示灯控制电路10，电压采样电路11，电源模块12。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明所涉及的汽车智能发电机管理系统包括一电压调节器1和ECU2，其中ECU2即汽车电子控制单元。所述电压调节器1包括MCU6、电源模块12、电压采样电路11、励磁控制电路7、指示灯控制电路10、转速采样电路8和ECU通信控制电路9。其中MCU6即微控制单元，电压采样电路11、转速采样电路8分别与MCU6的数据输入端口连接，电源模块12与MCU6的电源端口连接，励磁控制电路7和指示灯控制电路10分别与MCU6的控制输出端口相连接。所述MCU6通过ECU通信控制电路9与ECU2双向连接用于实现双向通信。

所述MCU6通过电压采样电路11引出B+端且与发电机5的发电输出端连接，用于采集发电机5的输出电压。所述MCU6通过转速采样电路8引出P端且与发电机5的相位输出端连接，用于采集发电机转速。所述MCU6通过励磁控制电路7引出励磁控制F端且与发电机励磁线圈4一端连接，用于实现励磁电流的控制。所述MCU6通过指示灯控制电路10引出L端，L端依次串接充电指示灯LAMP和点火开关S/W后与B+端并接在蓄电池3正极与发电机5的发电输出端之间。所述电压调节器1还具有一接地端—G端。

如图3所示，所述电压采样电路11包括相互并联的电阻R2、电容C1和稳压二极管ZD1，所述电阻R2、电容C1和稳压二极管ZD1并联后一端接地，另一端连接MCU6的数据输入端口并且依次串接电阻R1和二极管D1后引出所述B+端。所述电源模块12的输入端通过滤波电容C2连接所述B+端，电源模块12的输出端连接MCU6的电源端口。

所述转速采样电路8包括一三极管T1和二个电阻R3、R4，所述三极管T1的集电极连接MCU6的数据输入端口，三极管T1的发射极接地，所述二个电阻R3、R4一端并联后引出所述P端，电阻R3、R4的另一端分别连接三极管T1的基极和发射极。

如图3所示，所述励磁控制电路7包括一MOS管M1和M1驱动电路以及一二极管D2，所述M1驱动电路连接在MOS管M1的栅极与MCU6之间，MOS管M1的源极连接所述B+端，MOS管M1的漏极连接二极管D2的负极后接地，所述F端由MOS管M1的漏极和二极管D2的负极之间引出。

所述指示灯控制电路10包括一MOS管M2和M2驱动电路以及一二极管D3，所述M2驱动电路连接在MOS管M2的栅极与MCU6之间，二极管D3的负极连接MOS管M2的漏极，二极管D3的正极通过M2驱动电路连接MCU6的一输入端口，MOS管M2的源极接地，所述L端由二极管D3的正极引出。

如图3所示，所述ECU通信控制电路9包括一输入电路901和一输出电路902，所述输入电路901引出IG端且与ECU2的控制输出端口连接，所述输出电路902引出FM端且与ECU2的一个输入端口连接。所述输入电路901包括一二极管D4和电阻R5，所述二极管D4的正极连接MCU6的一输入端口，所述电阻R5一端连接所述二极管D4的正极、另一端连接所述B+端，所述IG端由二极管D4的负极引出。所述输出电路902包括一三极管T2和电阻R6，所述电阻R6一端连接MCU6的一输出端口，电阻R6另一端连接三极管T2的基极，三极管T2的发射极接地，所述FM端由三极管T2的集电极引出。

出厂前，预先在MCU6中设定发电机输出电压的调节上限、调节下限及高压报警阈值和低压报警阈值。工作时，

（1）当点火开关S/W接通，通过P端测出的发电机转速<切入转速，通过B+端测出的发电机电压<蓄电池电压时，蓄电池放电，MCU6输出固定频率、固定占空比的PWM波形，通过M1驱动电路接通MOS管M1，从而控制发电机励磁回路。蓄电池直接供电到发电机磁场绕组，发电机电压随转速升高而升高，发电机不发电。

（2）发电机电压虽然升高，当P端测出的发电机转速>切入转速，但如果蓄电池电压<发电机输出电压<调节上限时，发电机开始发电，发电机自励并开始对外供电，蓄电池充电。这时，由MCU6控制的充电指示灯LAMP熄灭，发电机电压随转速升高而继续升高。

（3）当B+端测出的发电机电压升高到等于调节器的调节上限时，调节器开始工作。由MCU6控制发电机励磁回路切断，发电机输出电压迅速下降；当发电机电压下降到等于调节器的调节下限时，励磁回路重新被接通，发电机电压上升。当发电机输出电压又升到调节上限时，励磁回路又被切断，输出电压下降；降到等于调节下限时，励磁回路又被接通，发电机电压上升，周而复始，使发电机输出电压始终被控制在一定范围内。

（4）当通过ECU2控制给IG端低电平时，发电机不发电，充电指示灯LAMP亮；当ECU2控制IG端给高电平或悬空时，发电机开始发电，充电指示灯熄灭。

（5）电压调节器1利用电压采样电路11，检测发电机输出电压，确定其是否超过高压报警阈值，或低于低压报警阈值。当发电机输出电压降至低压报警阈值以下并持续至设定时间时，MCU6将输出报警信号，使L端搭铁，充电指示灯LAMP亮。当发电机电压升高至高压报警阈值以上并持续至设定时间时，MCU6也将输出报警信号，使L端搭铁，充电指示灯LAMP亮。

在汽车行驶过程中，该系统可以帮助改进高转速时的发动机性能。例如，当油门充分开放的时候，ECU2优先减少交流发电机的机械负载从而给发动机最大的功率。此时，电压调节器1的设定值被ECU2减小。反过来，减少交流发电机的输出，也就减少了发动机的机械负载。发动机启动的时候，该系统还能改善加速时间，这可以减少电池耗尽。

另外，除报告交流发电机的负荷状态外，该电压调节器1可以给ECU2反馈电气和机械故障信号。这些故障包括转子或定子线圈开路和短路、激励MOS短路引起的系统过压、激励器开路及整流器二极管故障。在这种情况下，ECU2可识别这些信息并做出合适的校正行为，或者通过报警将这些故障情况传达给车辆的驾驶员。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种汽车智能发电机管理系统，包括一电压调节器和ECU，其特征是：所述电压调节器包括MCU、电源模块、电压采样电路、励磁控制电路、指示灯控制电路、转速采样电路和ECU通信控制电路；其中电压采样电路、转速采样电路分别与MCU的输入端口连接，电源模块与MCU的电源端口连接，励磁控制电路和指示灯控制电路分别与MCU的输出端口相连接；所述MCU通过电压采样电路引出B+端且与发电机的发电输出端连接，用于采集发电机的输出电压；所述MCU通过转速采样电路引出P端且与发电机的相位输出端连接，用于采集发电机转速；所述MCU通过励磁控制电路引出励磁控制F端且与发电机励磁线圈一端连接；所述MCU通过指示灯控制电路引出L端，L端依次串接充电指示灯和点火开关后与B+端并接在蓄电池正极；所述MCU通过ECU通信控制电路与ECU双向连接用于实现双向通信；

其中，MCU中设定发电机输出电压的调节上限和调节下限：

当发电机转速小于切入转速，并且发电机电压小于蓄电池电压时，蓄电池放电，发电机电压随转速升高而升高，发电机不发电；

当发电机转速大于切入转速，并且蓄电池电压小于发电机输出电压，同时发电机输出电压小于调节上限时，发电机开始发电，发电机电压随转速升高而继续升高；

当发电机电压升高到等于调节器的调节上限时，发电机励磁回路切断，发电机输出电压迅速下降；当发电机电压下降到等于调节器的调节下限时，励磁回路重新被接通，发电机电压上升。

2.根据权利要求1所述的汽车智能发电机管理系统，其特征是：所述ECU通信控制电路包括一输入电路和一输出电路，所述输入电路引出IG端且与ECU的控制输出端口连接，所述输出电路引出FM端且与ECU的一个输入端口连接，通过IG端能够实现ECU实时控制发电机的工作状态。

3.根据权利要求1所述的汽车智能发电机管理系统，其特征是：所述电压调节器还具有一接地端。

4.根据权利要求1所述的汽车智能发电机管理系统，其特征是：所述电压采样电路包括相互并联的电阻R2、电容C1和稳压二极管ZD1，所述电阻R2、电容C1和稳压二极管ZD1并联后一端接地，另一端依次串接电阻R1和二极管D1后引出所述B+端。

5.根据权利要求1所述的汽车智能发电机管理系统，其特征是：所述励磁控制电路包括一MOS管M1和M1驱动电路以及一二极管D2，所述M1驱动电路连接在MOS管M1的栅极与MCU之间，MOS管M1的源极连接所述B+端，MOS管M1的漏极连接二极管D2的负极后接地，所述F端由MOS管M1的漏极和二极管D2的负极之间引出。

6.根据权利要求1所述的汽车智能发电机管理系统，其特征是：所述指示灯控制电路包括一MOS管M2和M2驱动电路以及一二极管D3，所述M2驱动电路连接在MOS管M2的栅极与MCU之间，二极管D3的负极连接MOS管M2的漏极，二极管D3的正极通过M2驱动电路连接MCU的一输入端口，MOS管M2的源极接地，所述L端由二极管D3的正极引出。

7.根据权利要求1所述的汽车智能发电机管理系统，其特征是：所述转速采样电路包括一三极管T1和二个电阻R3、R4，所述三极管T1的集电极连接MCU，三极管T1的发射极接地，所述二个电阻R3、R4一端并联后引出所述P端，电阻R3、R4的另一端分别连接三极管T1的基极和发射极。

8.根据权利要求2所述的汽车智能发电机管理系统，其特征是：所述输入电路包括一二极管D4和电阻R5，所述二极管D4的正极连接MCU的一输入端口，所述电阻R5一端连接所述二极管D4的正极、另一端连接所述B+端，所述IG端由二极管D4的负极引出。

9.根据权利要求2或8所述的汽车智能发电机管理系统，其特征是：所述输出电路包括一三极管T2和电阻R6，所述电阻R6一端连接MCU的一输出端口，电阻R6另一端连接三极管T2的基极，三极管T2的发射极接地，所述FM端由三极管T2的集电极引出。