CN112152526B - 一种智能汽车发电机预激磁电流转速响应节能控制方法 - Google Patents

Abstract

一种智能汽车发电机预激磁电流转速响应节能控制方法，属于汽车发电机先进制造技术领域，应用于汽车电子控制系统，电子控制系统包括发动机曲轴转速传感器和电控单元ECU，其特殊之处在于还包括：电控单元ECU监测曲轴转速传感器信号计算发电机转速值Valt；当Valt低于第一转速值V1时，ECU判定为启动工况通过发电机电压调节器控制励磁电流为0；当Valt高于第一转速值V1时，ECU判定为启动成功通过电压调节器控制励磁电流为第一励磁电流数值I1；当Valt高于第一转速值V1且低于第二转速值V2(V2＞V1)时，ECU通过电压调节器控制励磁电流为实时调节当量数值I2；以关闭不必要励磁能耗、优化发电机控制。

Description

一种智能汽车发电机预激磁电流转速响应节能控制方法

技术领域

本发明属于汽车发电机先进制造技术领域，尤其涉及一种智能汽车发电机预激磁电流转速响应节能控制方法。

背景技术

随着科技进步特别是汽车工业的发展，汽车已经成为社会生产和人民生活的必备交通工具。汽车中的发电机作为汽车中主要的机电能源装置，由于需要承受大负荷、长时间连续工作要求，汽车发电机如何高效节能、降低温升并提高运行可靠性、延长使用寿命成为汽车发电机的重要技术因素。

现有汽车发动机绝大多数为没有永磁的激磁式发电机，汽车发电机从停转到能够运行发电，需要对其转子绕组进行通电励磁，在发动机起动时励磁就开始消耗蓄电池的电能，而且直接接通励磁电流达4～6A的电流值，因为现在汽车发电机为车载电子系统配备了较大的输出功率，发电机励磁功率也随之增大，励磁绕组直流电阻很小，一般120A12V发电机励磁绕组直流电阻在2.0～1.0Ω，在12.6V蓄电池供电下，最大励磁电流可达6～10A以上。如图1所示，时间轴为t、纵坐标I为励磁电流，图1示出了某台发电机励磁电流的变化曲线，在预计此阶段，励磁电流即达到很大数值(4000mA)，由于蓄电池内阻、蓄电池所储电能多少、发电机运转励磁磁阻等因素的影响，起动期间的发电励磁阻力以及电力消耗都非常不利于发动机顺利起动成功。

现有技术的汽车发电机起动期间的励磁电流控制分为四种，一种是沿用早期单功能电压调节器、预激磁电流采用充电指示灯提供，目前这种低端调节器在小型车辆上应用较少，其励磁控制电流波形如图3所示，预激磁阶段由充电指示灯励磁，电流约为160mA，发电机运转时即开始发电，此时发电机输出电压在励磁二极管整流输出端即D+端子上的电压随转速升高而增加，发电机进入正反馈阶段，当发电机发电后平均输出电压达到设定值，很快进入电压调节阶段，励磁波形出现脉冲。第二种是只要汽车发动机点火开关打开，励磁电流就达到静态最大值4A左右(以12V为例)，励磁阻力较大。如图1所示，时间轴为t、纵坐标I为励磁电流，图1示出了某台发电机励磁电流的变化曲线，在预计此阶段，励磁电流即达到很大数值(4000mA)，第三种时预激磁电流采用占空比控制，这里边分为两类，①22～32％预激磁占空比，此时预激磁电流达0.8～1.5A，如图2所示，在预激磁阶段励磁电流以脉冲形式出现，和第二种相比虽然减小了预激磁电流，但低速阶段仍旧存在无效发电时期，耗损起动机能量、增加低速阶段运转不平顺因素，在起动发动机成功后，达到发电状态才出现正常的电压调节。②12～18％预激磁占空比，此时预激磁电流达0.3～0.8A，单都在起动期间消耗蓄电池电能，也就是只要汽车钥匙打开，即使不起动发动机时发电机转子绕组就通电，造成不必要消耗，起动时还是存在电磁阻力矩，智能化控制不足、控制精度低、不利于整车电力电子系统优化协同。第四种是发电机指示灯励磁电流不足情况下，一些车型发电机调节器采用补救式设计，设计了补电电路，当调节器被端子激活或者被指示灯激活时，才出现经过另外设置的补电路径补充预激磁电流不足，一般这是对单功能调节器的功能补充，其励磁电流波形如图4所示，假设没有补电电路，处于未补电阶段则预激磁状态励磁电流很低，如图4中为80mA，不足以正常激活发电机进入自激励磁调节状态。在有补电情况下，预激磁电流达到200mA，发电机迅速进入正反馈阶段，使其输出电压很快达到设定值，而后进入调解阶段。这种同样存在起动时存在电磁阻力矩，智能化控制不足、控制精度低、不利于整车电力电子系统优化协同的问题。

因此，需要创造性的研发出能够全部或部分克服上述技术缺陷的先进汽车发电机来，以期实现较好的性能和更有的控制精度和好的效率。

发明内容

为了满足先进汽车制造业的技术需要，使汽车发电机能够智能化节能高效输出、减少发热、提高运行可靠性和使用寿命，本发明的技术方案是提供了一种智能汽车发电机预激磁电流转速响应节能控制方法，应用于具有电子控制系统的汽车，所述电子控制系统包括发动机曲轴转速传感器和电控单元ECU，其特殊之处在于还包括：

电控单元ECU监测所述汽车的发动机曲轴转速传感器信号，获取发动机曲轴实时转速信号，并根据所述汽车的设计参数中发动机曲轴皮带轮直径和汽车发电机皮带轮直径获取发动机曲轴转速Vcr和所述汽车的发电机转速Valt的比值关系计算发电机转速值；

当计算出所述汽车发电机转速Valt低于第一转速值V1时，所述电控单元ECU判定为启动工况并输出第一信号通过发电机电压调节器控制励磁电流为0、以关闭低速启动过程中的励磁能耗；

当计算出所述汽车发电机转速高于所述第一转速值V1但低于第二转速值V2时，电控单元ECU判定为启动成功并输出第二信号通过发电机电压调节器控制励磁电流为第一励磁电流数值I1；

当计算出汽车发电机转速高于第二转速值V2，V2＞V1时，电控单元ECU输出第二信号通过发电机电压调节器控制励磁电流为实时调节当量数值I2；

所述第一励磁电流数值I1为励磁切入数值用于为励磁绕组提供必备的励磁电流以唤醒励磁磁场、所述第一转速值V1即为唤醒励磁切入转速；所述第二转速值V2为完全调节励磁切入转速。

进一步的，在所述第一转速值V1和第二转速值V2之间配置若干由V1向V2阶跃递增的中间值的励磁电流值，用于柔性优化所述发电机的阻力转矩响应。

进一步的，所述第一转速值V1≥1000RPM。

进一步的，所述发电机电压调节器还实时监测发电机定子绕组的相信号电压Ps，并识别所述相信号电压Ps的转速当量值达到所述第一转速值V1时，在遇到所述电控单元ECU输出的第二信号异常缺失时，所述发电机电压调节器控制励磁电流为所述实时调节当量数值I2。

进一步的，所述电控单元ECU和所述发电机电压调节器之间采用Lin信号传输数据。

进一步的，所述汽车发电机的正极柱绝缘支架上套有霍尔电流传感器，用于检测所述发电机正极柱输出电流，所述霍尔电流传感器将信号传输给所述电压调节器，当所述霍尔电流传感器反映的发电机正极柱输出电流大于安全数值时，所述电压调节器控制所述励磁电流降格为所述第一励磁电流数值I1，以维护所述发电机的电流安全不超限。

本发明的有益效果是：通过ECU与励磁绕组进行精确励磁信号配置、采用预激磁电流智能控制，一方面降低了无效励磁损耗、另一方面降低功率器件温升、使发电机电压调节器热负荷减少、提高功效、有利于整车智能一体化控制程度的高效协同，满足汽车智能控制领域的高精度控制系统技术需求。

附图说明

图1是现有技术的满励磁预激磁电流波形示意图，

图2是现有技术的占空比式预激磁电流波形示意图，

图3是现有技术的充电指示灯直接提供的预激磁电流波形示意图，

图4是现有技术的充电指示灯唤醒的辅助补电式预激磁电流波形示意图，

图5是本发明实施方式提供的一种采用智能汽车发电机预激磁电流转速响应节能控制方法的励磁电流波形示意图，

图6是本发明实施方式提供的一种采用智能汽车发电机预激磁电流转速响应节能控制方法的发电机控制系统电路原理图。

具体实施方式

为了满足先进汽车制造业的技术需要，使汽车发电机能够智能化节能高效输出、减少发热、提高运行可靠性和使用寿命，本发明的技术方案是提供了一种智能汽车发电机预激磁电流转速响应节能控制方法。

实施例1

本实施例提供了一种智能汽车发电机预激磁电流转速响应节能控制方法，应用于具有电子控制系统的汽车。在传统技术的汽车发电机中，一般是采用一定数值的预激磁电流为转自提供励磁，该励磁电流随着发电机被驱动开始即成为运行阻力，在发电机起动期间，起动机阻力负荷较重，启动成功之前的阶段转速波动较大、发电机在预激磁电流激励下产生阻力矩加重了起动机的负担，在发电机预激磁电流控制方式中，虽然如图3所示的传统指示灯提供的预激磁电流数值不大，但在发电阶段初期即发电电压爬升阶段的正反馈时期，正值起动机阻力矩较大阶段，此时发电机发电不利于起动机能量更多地供给发动机起动。图所示的以最大电流方式通过预激磁则阻力矩更大，图2和图4所示的脉冲占空比形式的预激磁电流在很大程度上减小了预激磁时期电流负担、有利于启动，但仍然属于无效励磁，根据上述缺陷，为优化发电机预激磁励磁方法，本实施例所阐述的的电子控制系统包括发动机曲轴转速传感器(CKP-Crankshaft position sensor)和电控单元ECU(Electroniccontrol unite)，本实施例的技术方案还包括，参阅图5和图6：电控单元ECU(图6中200所示)依据CKP(图6中100所示)监测汽车的发动机曲轴转速传感器信号，获取发动机曲轴实时转速信号，并根据汽车的设计参数中发动机曲轴皮带轮直径和汽车发电机皮带轮直径获取发动机曲轴转速Vcr和汽车的发电机转速Valt的比值关系计算发电机转速值；当点火开关K1接通，但发动机未予起动时，曲轴停转，CKP无转速信号，励磁电流按如下设计：在t1时刻之前，当计算出汽车发电机转速Valt低于第一转速值V1(如设定为950RPM)时，此时段包括发动机未运转、也包括发动机处于起动阶段但发动机起动转速较低时期，电控单元ECU以此判定为启动工况并输出第一信号通过发电机电压调节器REG(图6中300所示)控制发电机(ALT)励磁绕组L1的励磁电流为0、以关闭低速启动过程中的励磁能耗，提高起动性能、降低不必要的预激磁阻力矩、减小对蓄电池电力消耗，使起动期间有效能量尽量多地用到起动发动机上。

随着发动机被起动机拖动运转，发动机转速逐步提高，发电机由皮带轮连接接受曲轴的驱动，当根据Vcr和Valt的比值关系计算出汽车发电机Valt转速高于第一转速值V1但低于第二转速值V2时，在t1时刻开始，电控单元ECU判定为启动成功并输出第二信号、该信号通过发电机电压调节器控制励磁电流为第一励磁电流数值I1(如设定为占空比10％，励磁电流约为300mA，该数值的设定可以根据发电机设计参数如极数、定转子磁极间隙、转子绕组匝数、直流电阻值等确定，确保励磁可靠性和节能兼顾。

随着发电机转速的进一步提高，当计算出汽车发电机转速高于第二转速值V2(V2＞V1，如1600RPM)时，电控单元ECU输出第二信号通过发电机电压调节器控制励磁电流为实时调节当量数值I2，此第二信号使发电机退出以第一信号控制的占空比励磁的局限，因此时的发电机转速已经上升到较高的数值V2以上，发动机已经开始从启动成功转到怠速或怠速转速以上的运行工况，发动机有能力输出较大的机械功率足以驱动各项动力负荷的情况下，发电机即迅速脱离励磁电流被制约的初始控制状态，尽快转为正常发电调节状态，此时的励磁占空比完全由发电机输出电压反馈控制，允许励磁占空比在0-100％之间根据发电机输出电压反馈调节。此第一励磁电流数值I1称为“励磁切入数值”用于为励磁绕组提供必备的励磁电流以唤醒励磁磁场、第一转速值V1即为“唤醒励磁切入转速”；第二转速值V2为“完全调节励磁切入转速”。进过上述对发动机达到正常运转之前的起动以及起动向平稳运转的过渡时期的发电机励磁电流控制方法的细化优化改进设计，使发电机励磁电流的控制更加适合于发动机实时工况，有利于发动机起动成功、平稳运转和节约电力、有利于起动机延长使用寿命、有利于发电机的优化控制。

进一步的，在这种种智能汽车发电机预激磁电流转速响应节能控制方法基础上，在第一转速值V1和第二转速值V2之间还可以配置若干由V1向V2阶跃递增的中间值的励磁电流值，以此用于柔性优化发电机的阻力转矩响应，如可以划分为16个占空比阶跃，使阻力相应耿介平顺柔和，可以由ECU根据CKP计算得出V1和V2之间的占空比数据，将该数据传输给发电机调节器，由调节器完成励磁平顺控制。

进一步优化的，上述第一转速值可以根据车型发电机参数特点优选为V1≥1000RPM，如选为1050RPM。

进一步优化的，在上述智能汽车发电机预激磁电流转速响应节能控制方法基础上，发电机电压调节器还实时监测发电机定子绕组的相信号电压Ps，并识别相信号电压Ps的转速当量值达到第一转速值V1时，在遇到电控单元ECU输出的第二信号异常缺失时，发电机电压调节器控制励磁电流为实时调节当量数值I2，依次确保发电机正常发电调节、实现信号失效保护，提高可靠性。

电控单元ECU和发电机电压调节器之间可以采用占空比信号进行传输也可以采用Lin信号传输数据。

实施例2

在实施例1所阐述的智能汽车发电机预激磁电流转速响应节能控制方法基础上，本实施例还提供了限流保护功能的技术方案，具体地，汽车发电机的正极柱绝缘支架上套有霍尔电流传感器，用于检测发电机正极柱输出电流，霍尔电流传感器将信号传输给电压调节器，当霍尔电流传感器反映的发电机正极柱输出电流大于安全数值时，电压调节器控制励磁电流降格为第一励磁电流数值I1，以维护发电机的电流安全不超限。

通过上述实施例的阅读可知，本发明技术方案达到如下的有益效果：通过ECU与励磁绕组进行精确励磁信号配置、采用预激磁电流智能控制，一方面降低了无效励磁损耗、另一方面降低功率器件温升、使发电机电压调节器热负荷减少、提高功效、有利于整车智能一体化控制程度的高效协同，满足汽车智能控制领域的高精度控制系统技术需求。

本发明实施方式阐述的实施例仅用于说明本发明的技术方案，不是对本发明的限制，通过等同代换及非创造性劳动所得到的其他各种形式或其他组合所得到的实施例均落入本发明保护范围，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种智能汽车发电机预激磁电流转速响应节能控制方法，应用于具有电子控制系统的汽车，所述电子控制系统包括发动机曲轴转速传感器和电控单元ECU，其特征在于还包括：

电控单元ECU监测所述汽车的发动机曲轴转速传感器信号，获取发动机曲轴实时转速信号，并根据所述汽车的设计参数中发动机曲轴皮带轮直径和汽车发电机皮带轮直径获取发动机曲轴转速Vcr和所述汽车的发电机转速Valt的比值关系计算发电机转速值；

当计算出所述汽车发电机转速Valt低于第一转速值V1时，所述电控单元ECU判定为启动工况并输出第一信号通过发电机电压调节器控制励磁电流为0、以关闭低速启动过程中的励磁能耗；

当计算出所述汽车发电机转速高于所述第一转速值V1但低于第二转速值V2时，电控单元ECU判定为启动成功并输出第二信号通过发电机电压调节器控制励磁电流为第一励磁电流数值I1；

当计算出汽车发电机转速高于第二转速值V2，V2＞V1时，电控单元ECU输出第二信号通过发电机电压调节器控制励磁电流为实时调节当量数值I2；

所述第一励磁电流数值I1为励磁切入数值用于为励磁绕组提供必备的励磁电流以唤醒励磁磁场、所述第一转速值V1即为唤醒励磁切入转速；所述第二转速值V2为完全调节励磁切入转速；

在所述第一转速值V1和第二转速值V2之间配置若干由V1向V2阶跃递增的中间值的励磁电流值，用于柔性优化所述发电机的阻力转矩响应。

2.根据权利要求1所述的智能汽车发电机预激磁电流转速响应节能控制方法，其特征在于，所述第一转速值V1≥1000RPM。

3.根据权利要求1所述的智能汽车发电机预激磁电流转速响应节能控制方法，其特征在于，所述发电机电压调节器还实时监测发电机定子绕组的相信号电压Ps，并识别所述相信号电压Ps的转速当量值达到所述第一转速值V1时，在遇到所述电控单元ECU输出的第二信号异常缺失时，所述发电机电压调节器控制励磁电流为所述实时调节当量数值I2。

4.根据权利要求1至3任一项所述的智能汽车发电机预激磁电流转速响应节能控制方法，其特征在于，所述电控单元ECU和所述发电机电压调节器之间采用Lin信号传输数据。

5.根据权利要求1至3任一项所述的智能汽车发电机预激磁电流转速响应节能控制方法，其特征在于，所述汽车发电机的正极柱绝缘支架上套有霍尔电流传感器，用于检测所述发电机正极柱输出电流，所述霍尔电流传感器将信号传输给所述电压调节器，当所述霍尔电流传感器反映的发电机正极柱输出电流大于安全数值时，所述电压调节器控制所述励磁电流降格为所述第一励磁电流数值I1，以维护所述发电机的电流安全不超限。

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