本申請涉及被配置為選擇性地對高電流負載突降做出響應的用于車輛的交流發電機的控制系統。

背景技術：

大多數現代車輛包括交流發電機。交流發電機是一種將機械能轉換為電流形式的電能的發電機。交流發電機可被配置為使得電流可以是直流(DC)或交流(AC)。交流發電機可包括轉子和定子，轉子被配置為產生旋轉的磁場，定子被配置為捕獲磁場并將旋轉的磁場的轉動能轉換為AC或DC電流。交流發電機可使用永磁體來產生磁場，或者交流發電機可使用勵磁線圈來產生磁場。交流發電機可以是自調節的，體現在車輛為了滿足各種負載所需要的電力的量使得交流發電機輸出針對任何給定輸出電壓而自動調節其自身。然而，因為交流發電機是由轉子繞組和定子繞組組成的機械裝置，所以交流發電機對于接通和斷開大負載擾動是敏感的。當負載被快速移除時，交流發電機具有這樣時間段，在該時間段期間，系統的慣性將導致交流發電機在即使負載與系統斷開連接的情況下也繼續產生運行負載所需要的電壓。

技術實現要素：

一種車輛電力系統包括交流發電機和控制器。所述控制器響應于在預定時間段期間由交流發電機提供的電荷的量超過第一閾值并且在所述時間段期間由交流發電機輸出的功率的變化率超過第二閾值，將交流發電機的電壓設定點減小預定量，并且基于電壓設定點調節交流發電機的輸出電壓。

一種調節交流發電機輸出電壓的方法包括：接收指示由交流發電機提供到負載的電荷的量和由交流發電機輸出的功率的幅值的數據。所述方法還包括：響應于所述電荷的量超過第一閾值并且所述幅值超過第二閾值，將交流發電機的輸出電壓設定點減小預定量，基于輸出電壓設定點調節交流發電機的輸出電壓。

根據本發明的一個實施例，所述方法還包括：響應于負載與交流發電機斷開連接，增大輸出電壓設定點。

根據本發明的一個實施例，所述方法還包括：響應于所述電荷的量下降到第三閾值之下并且所述幅值下降到第四閾值之下，增大輸出電壓設定點。

根據本發明的一個實施例，所述預定量是基于一程度的，其中，所述電荷的量超過第一閾值達到所述程度或者所述幅值超過第二閾值達到所述程度。

一種車輛電力系統包括：交流發電機和控制器。所述控制器響應于在預定時間段期間由交流發電機輸出的電荷的量和由交流發電機輸出的功率的變化率超過各自的閾值，選擇性地將交流發電機的輸出電壓設定點改變預定量。

根據本發明的一個實施例，所述電荷的數和變化率指示負載與交流發電機連接或與發電機斷開連接。

根據本發明的一個實施例，所述預定量是基于一程度的，其中，所述電荷的量和變化率超過各自的閾值達到所述程度。

根據本發明的一個實施例，所述預定量基于所述變化率從多個預定量中被選擇。

根據本發明的一個實施例，所述選擇性地將交流發電機的輸出電壓設定點改變預定量包括：將輸出電壓設定點增大預定量。

根據本發明的一個實施例，所述選擇性地將交流發電機的輸出電壓設定點改變預定量包括：將輸出電壓設定點減小預定量。

附圖說明

圖1是具有基于交流發電機的電氣系統的車輛的框式拓撲圖。

圖2是交流發電機系統的電路圖。

圖3是交流發電機系統的操作參數相對于時間的圖形示圖。

圖4是用于減小可能的電壓尖峰的影響的基于交流發電機系統參數的系統電壓相對于時間的減小的圖形示圖。

圖5是用于控制交流發電機系統的示例性流程圖。

具體實施方式

在此描述本公開的實施例。然而，應理解的是，所公開的實施例僅為示例，并且其它實施例可采用各種形式和替代形式。附圖不必按比例繪制；可夸大或最小化一些特征以示出特定組件的細節。因此，在此公開的具體結構和功能細節不應被解釋為限制，而僅僅作為用于教導本領域技術人員以多種形式利用本發明的代表性基礎。如本領域普通技術人員將理解的，參照任一附圖說明和描述的各個特征可與一個或更多個其它附圖中說明的特征組合，以產生未明確說明或描述的實施例。說明的特征的組合提供用于典型應用的代表性實施例。然而，與本公開的教導一致的特征的多種組合和變型可被期望用于特定的應用或實施方式。

本公開的實施例總體上提供了多個電路或其它電氣裝置。當提及所述電路和其它電氣裝置以及由它們中的每一個提供的功能時，都不意在限于僅涵蓋在此示出和描述的內容。雖然特定標號可被分配給公開的各種電路或其它電氣裝置，但是這樣的標號并不意在限制所述電路和其它電氣裝置的操作范圍。可基于所期望的特定類型的電氣實現方式，按照任何方式將這樣的電路和其它電氣裝置彼此組合和/或分離。應認識到的是，在此公開的任何電路或其它電氣裝置可包括任意數量的微處理器、集成電路、存儲裝置(例如，閃存、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、電可編程只讀存儲器(EPROM)、電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)或上述項的其它適當變型)以及軟件，它們彼此協作以執行在此公開的操作。此外，任意一個或更多個電氣裝置可被配置為執行在非暫時性計算機可讀介質中實現的計算機程序，其中，計算機程序被編寫為用于執行所公開的任意數量的功能。

大多數現代交流發電機是自調節裝置，其中，車輛為了滿足各種負載所需要的電力的量使得交流發電機輸出針對任何給定輸出電壓而自動調節其自身。然而，因為交流發電機為由轉子繞組和定子繞組組成的機械裝置，所以一旦在繞組中感應出場，則使與繞組關聯的磁場消失會花費時間。由于使所述場消失所需要的時間段，所以交流發電機對于連接和斷開大負載擾動是敏感的。問題在于：當負載被快速移除時，交流發電機具有這樣的時間段，在該時間段期間，系統的慣性將產生運行現在不再連接的負載所需要的電壓和電流。其結果是：輸出電壓會增加，從而導致電壓尖峰，并且如果負載斷開足夠大的，則尖峰可能大于連接到交流發電機的模塊的最大電壓。所述模塊隨后可能由于過電壓而關閉并且當電壓下降到最大電壓(例如，16伏特)之下時重置。在此，提供處理、方法和算法，以在移除大負載之后檢測、減緩和保持車輛電氣系統的操作。

這可分解為3個步驟：檢測、反應和返回到正常操作。檢測算法被設計為檢測交流發電機負載的任何大的增大。為了增加可靠性和準確性，使用兩個輸入信號。一個信號用于檢測負載的大的分離，另一個信號用于確保所述分離足以超過閾值。引入的負載指示符信號的時間差允許算法只考慮變化率。閾值檢測確保變化率的任何大的增大已經迫使交流發電機足夠接近滿磁場(如果連接到交流發電機系統的負載突然被移除，則具有大小足以破壞電氣系統的幅值的電壓尖峰將跟著發生)。

引入的負載信號的差分高通濾波器需要能夠準確地檢測變化率的光濾波。信號的這種濾波增大了系統的穩定性。此外，隨后可向這些信號中的每個施加遲滯，使得不會發生顫振(chattering)。考慮大幅度的增大而不僅僅等待交流發電機負載指示符超過最大值的重要性是算法嘗試檢測將同時影響系統電壓的大負載，而不檢測打開和關閉的累積的較小的負載。除了使用將減小來自算法的模糊度的、直接連接到交流發電機或交流發電機的調節器的離散信號以外，還可使用這種檢測系統或檢測方法。鑒于在即使考慮電壓設定點的減小而電壓通常也由調節器保持為常數的情況下，功率的幅值是電流的幅值的函數，所以這可考慮電流或功率而被執行。

在成功檢測到大幅度的增大和負載指示符超過閾值之后，下一步驟是反應步驟。在反應步驟中，重要的是，系統快速獲取現有的設定點且隨后逐漸將其減小至在負載突然移除自身的情況下被認為是標稱的電壓設定點，并且尖峰將不會導致對車輛系統的剩余部分造成干擾。

在反應步驟之后，系統可返回到標稱狀態。當設定點被減小以補償從交流發電機汲取電力的大負載時，期望盡快將設定點返回到標稱設定點。這可以是響應于通過觀察到以下操作而確定大負載的移除的：交流發電機負載信號的負的變化率超過限制、交流發電機負載信號下降到特定閾值之下、低電壓系統電壓的大的變化率以及告知系統因負載移除而不再需要保護的離散信號。利用這些狀況的組合，算法隨后釋放設定點并將設定點提升回到標稱系統電壓。

圖1是具有基于交流發電機的電氣系統的車輛系統100的框式拓撲圖。車輛102可以是各種類型的乘用車輛之一(諸如，混合型多用途車輛(CUV)、運動型多用途車輛(SUV)、卡車、休旅車(RV))、船、飛機或用于運輸人或物品的其它移動機器。車輛102包括發動機104。發動機104可以是內燃發動機(諸如，汽油發動機、柴油發動機或天然氣發動機)。發動機104可連接到變速器106以推進車輛102。發動機104可與起動馬達108和交流發電機110連接。起動馬達108可以是DC電動馬達或者可以是AC馬達(諸如，用在一些混合動力車輛中)。起動馬達108和交流發電機110可以是單個電機，所述單個電機可被配置為：當被配置為交流發電機時產生輸出電壓，或者當被配置為起動機時輸出扭矩以使發動機104旋轉。模塊(諸如，動力傳動系統控制模塊(PCM)112)內的控制器可控制交流發電機110。交流發電機110的輸出的一部分可被存儲在DC電池114(諸如，鉛酸電池、鋰離子電池或其它車輛電池)內。此外，從交流發電機110產生的能量可經由配電盒(PDB)116(也被稱作接線盒)進行分配。應該注意的是，示出的系統100僅僅為示例，并且可使用更多、更少和/或不同布置的元件。

PCM 112可包括被配置為執行支持在此描述的處理的指令、命令和其它例程的一個或更多個處理器。例如，PCM 112可被配置為執行用于控制多個車輛系統的指令，所述多個車輛系統包括發動機104、變速器106和其它車輛負載118(包括高電流附件120和電動助力轉向(EPS)122)。可使用各種類型的計算機可讀存儲介質以非易失性方式來保存這樣的指令和其它數據。計算機可讀介質(也被稱作處理器可讀介質或存儲器)包括參與提供可由PCM 104的處理器讀取的指令或其它數據的任何非暫時性介質(例如，有形介質)。處理器還可以是分別執行整體功能的一部分的多個計算單元中的多個處理器。可從使用各種編程語言和/或技術創建的計算機程序編譯或解釋計算機可執行指令，所述各種編程語言和/或技術包括但不限于以下項中單獨一個或它們的組合：Java、C、C++、C#、Objective C、Fortran、Pascal、Java Script、Python、Perl和PL/SQL。

PCM 112還可被配置為經由一個或更多個車載網絡與車輛102的其它組件進行通信。作為一些示例，車載網絡可包括車輛控制器局域網(CAN)、局域互聯網絡(LIN)、以太網、面向媒體的系統傳輸(MOST)以及FlexRay中的一個或更多個。車載網絡可允許計算平臺與其它車輛系統(諸如，其它車輛負載118、EPS 120和PDB 116(在一些配置中可能不存在))進行通信。PCM 112可被配置為提供發動機操作組件(例如，怠速控制組件、燃料輸送組件、排放控制組件等)的控制以及發動機操作組件的監測(例如，發動機診斷碼的狀態)。車身控制模塊和PDB 116可被配置為管理各種電力控制功能，諸如，外部照明、內部照明、無鑰匙進入、遠程啟動以及接入點狀態驗證(例如，車輛102的引擎蓋、車門和/或行李廂的關閉狀態)。可汲取大量電流的其它車輛模塊包括環境控制管理模塊，所述環境控制器管理模塊被配置為提供加熱和冷卻系統組件的控制和監測(例如，壓縮機離合器和鼓風機控制、溫度傳感器信息等)。

圖2是交流發電機系統的電路圖200。交流發電機110可包括發電機202和調節器204。發電機202可被配置為單定子發電機或雙定子發電機。該圖示為雙定子發電機。第一定子包括繞組206，繞組206被示出為被配置為Y型連接器(也被稱作為“Y”)。第一定子具有繞組206A、206B和206C，其中，每個繞組與一對二極管216A-C和218A-C連接，以將來自AC信號的信號整流或轉換為DC信號。繞組206A與二極管216A以及218A電連接，繞組206B與二極管216B以及218B電連接，繞組206C與二極管216C以及218C電連接。第二定子208包括繞組208A、208B和208C，其中，每個繞組與一對二極管216D-F和218D-F連接，以將來自AC信號的信號整流或轉換為DC信號。繞組208A與二極管216D以及218D電連接，繞組208B與二極管216E以及218E電連接，繞組208C與二極管216F以及218F電連接。

通過控制在勵磁線圈210中流動的電流來執行對交流發電機的調節。勵磁線圈210激勵出磁場，定子在磁場內旋轉以將轉動能(使磁場旋轉)轉換為電能。調節器204包括勵磁線圈210和開關212。開關212被示出為場效應晶體管(FET)，然而開關212可以是雙極結型晶體管(BJT)、繼電器或用于控制電流流動的其它結構。驅動器214控制開關212。驅動器214可以是離散邏輯、模擬電路或數字電路。驅動器214與控制器112連接，控制器112可包括經由輸出端口222驅動信號且從輸入端口224接收信號的處理器220。輸入端口224可包括模擬輸入和數字輸入。如果開關由模擬電路進行驅動，則開關可通過減小勵磁線圈210兩端的電壓來控制流入勵磁線圈210的電流。此外，開關可利用數字電路被驅動。數字電路可對開關進行脈沖寬度調制，使得開關按照特定頻率根據特定占空比被接通和斷開。所述頻率可以是固定頻率或可變頻率。脈沖寬度調制的開關將在勵磁線圈中產生波動的磁場。產生的磁場可基于調制的頻率和電感器的電感而被濾波，從而產生大體上恒定的場。

圖3是交流發電機系統的操作參數相對于時間的圖形示圖300。電壓302和電流304相對于時間306而變化。示出的參數包括負載電流308、系統電壓310、交流發電機電流312和交流發電機場負載信號314。在該示例中，從110秒處的時間點到點316(此時負載被接入)，系統具有大約15伏特的電壓。負載可以是售后附件(諸如，犁、絞車、探照燈或汲取大量電流的其它附件)。系統電壓310隨著負載通電而被減小，直到系統電壓310在時間318處返回到操作水平。系統將繼續以操作水平進行操作，并且如果接入其它負載(諸如，由114秒處的時間點示出的)，調節器將繼續在電流增大時對電壓進行調節以滿足負載功率需求。負載在點320處斷開連接。在負載斷開連接之前，交流發電機正在產生用于供應到車輛系統(包括負載)的電力。因為交流發電機的響應不是瞬時的，所以當負載斷開連接時，由交流發電機供應的電力未立即減小，從而在時間點322處產生了電壓尖峰。如果連接和斷開連接的負載大到足以導致調節器以接近滿功率來驅動交流發電機，則當負載斷開連接時，系統可能沒有能力去吸收現在未被消耗的額外的電力。因此，電壓尖峰可能增大到超過高電壓閾值(諸如，針對12V機動車系統的16V)。由于時間322處的電壓尖峰，車輛內的模塊可接收該電壓尖峰。通常，車輛內的模塊被配置有過電壓關閉。當電壓超過預定閾值(諸如，16伏特)時，模塊將關閉。當電壓下降到閾值或較低閾值之下時(諸如，在時間324處)，為了提供遲滯和提高穩定性，模塊將重置并重啟。這種模塊重啟或模塊重新引導可能使得車輛所有者感到不適。

圖4是用于減小可能的電壓尖峰的影響的、基于交流發電機系統參數的系統電壓相對于時間的減小的圖形示圖。示出了響應于負載被連接或斷開連接的系統操作400。圖示具有相對于時間406的電壓402和電流404。電壓402包括系統電壓410和交流發電機設定點控制信號414(也被稱作電壓設定點)。交流發電機設定點414可被用于控制在交流發電機110的勵磁線圈210中流動的電流。勵磁線圈210中的電流的流動感應出磁場，使得在定子206和208內產生輸出電壓。勵磁線圈210中的電流被用于調節交流發電機的輸出功率。輸出功率與系統電壓410和電流408有關。電流408是從交流發電機輸出到負載(諸如，內部車輛負載(例如，HVAC風扇和EPS)或外部負載(例如，絞車和雪犁))的電流。當接入負載時，系統電壓將隨著電流升高而下降，直到電流可支持負載的阻抗時為止，這發生在點420處。重要的是，負載不會導致大于最小電壓的電壓下降。在電壓下降到較低閾值之下的情況下，由系統電壓410供電的車輛內的模塊可關閉或重置。

交流發電機還可包括輸出信號(也被稱作負載指示符416)。負載指示符416可以是交流發電機的功率輸出的函數或者可以是電流408的函數。負載指示符416可以是電流的積分(諸如，定積分)。定積分是在給定時間段上的積分。積分被定義為曲線下方的面積，所以在電路具有快速增長的時間418處，預定時間段期間的曲線下方的面積將開始增大。所述增大將跟隨斜率，直到時間段包圍較高電流流動時為止。這可被示出為時間418與時間422之間的差。從負載被連接起開始增大的電流呈現出變化增大速率。所述變化增大速率也被稱作電流曲線的斜率。因為曲線的導數是在那一點的斜率，所以電流曲線的斜率可通過微分來確定。在從定積分的斜率為零開始的預定時間之后(諸如，時間422和424之間的窗口)，電壓設定點414可被減小以補償當前通電的負載。當電壓設定點414減小時，系統電壓410將基于電壓設定點414而被減小。在時間426處，負載斷開連接，并且系統電壓410基于斷開連接的負載的大小以及由交流發電機110產生的能量而在428處產生電壓尖峰。如果電壓設定點未被減小，則電壓尖峰可能超過閾值電壓。然而，通過減小電壓設定點，電壓尖峰沒有超過閾值電壓(例如，18伏特)。以安培小時為單位測量的一段時間期間的從交流發電機流出的電流為電荷的測量值。

圖5是用于控制交流發電機系統的示例性流程圖500。在方框502，電壓設定點(也被稱作交流發電機輸出電壓設定點)被設定，以將交流發電機輸出電壓保持在標稱操作電壓(例如，15伏特)。在方框504，動態指示符(諸如負載的變化率)被確定。動態指示符還可被稱作負載指示符。在方框504正在確定動態指示符的同時，在方框506監測正在被供電的大負載的狀態。在方框508，執行負載指示符的變化率與正變化率閾值的比較。在方框510，執行負載指示符與預定限制的比較。如果負載指示符的變化率大于正變化率閾值并且負載指示符大于預定限制，則在方框512，電壓設定點將被減小。如果方框508和510的測試中的任何一個為假，則將執行另一次讀取并且測試將重復。

一旦交流發電機輸出電壓設定點在方框512被減小，則在方框514執行負載指示符的變化率與負變化率閾值的比較。在方框516，執行負載指示符與預定限制的比較。如果負載指示符的負的變化率大于負變化率閾值或者負載指示符大于指示負載已經被移除的預定限制，則在方框520，電壓設定點將返回到操作設定點。此外，在方框518，測量電壓設定點已經被減小的時間的計時器與預定時間段進行比較。如果電壓設定點已經保持在減小的電壓水平持續大于所述預定時間段的時間段，則計時器將跳轉到方框520，并且電壓設定點將在方框520返回到正常操作電壓。在方框522，如果電壓接近于標稱設定點，則處理將返回到方框520。否則，處理將退出。

在此公開的處理、方法或算法可被傳送到處理裝置、控制器或計算機，或者，通過處理裝置、控制器或計算機來實現，所述處理裝置、控制器或計算機可包括任何現有的可編程電子控制單元或專用電子控制單元。類似地，所述處理、方法或算法可以以多種形式被存儲為可被控制器或計算機執行的數據和指令，所述多種形式包括但不限于永久存儲在非可寫存儲介質(諸如，ROM裝置)上的信息以及可變地存儲在可寫存儲介質(諸如，軟盤、磁帶、CD、RAM裝置以及其它磁介質和光學介質)上的信息。所述處理、方法或算法還可在軟件可執行對象中被實現。可選地，所述處理、方法或算法可使用合適的硬件組件(諸如，專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)、狀態機、控制器或其它硬件組件或裝置)或者硬件、軟件和固件組件的組合被全部或部分地實現。

盡管在上面描述了示例性實施例，但是這些實施例并不意在描述權利要求所包含的所有可能形式。說明書中使用的詞語是描述性詞語而非限制性詞語，應理解的是，可在不脫離本公開的精神和范圍的情況下做出各種改變。如前所述，各個實施例的特征可被組合，以形成可能未被明確描述或示出的本發明的進一步的實施例。盡管各個實施例可能已被描述為提供優點或者在一個或更多個期望的特性方面優于其它實施例或現有技術的實施方式，但是本領域普通技術人員應認識到，一個或更多個特征或特性可被折衷，以實現期望的整體系統屬性，期望的整體系統屬性取決于具體的應用和實施方式。這些屬性可包括但不限于成本、強度、耐久性、生命周期成本、可銷售性、外觀、包裝、尺寸、維護保養方便性、重量、可制造性、裝配容易性等。因此，被描述為在一個或更多個特性方面不如其它實施例或現有技術的實施方式合意的實施例并不在本公開的范圍之外，并且可被期望用于特定的應用。