用於監控車輛的熱力發動機的起動時間的方法和設備的製作方法

2023-10-07 12:33:04 1

專利名稱：用於監控車輛的熱力發動機的起動時間的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於控制車輛的熱力發動機的起動時間的方法和設備。本發明還涉及 包括該設備的微混合系統。
背景技術：
節能和減少汙染的考慮，特別是在城市環境中，正在促使機動車輛製造商為他們 的車型安裝自動停止/重新起動系統，諸如被稱為術語「隨停隨走(Stop and go)」的系統。如由VALEO EQUIPEMENT ELECTRIQUES MOTEUR 公司在專利申請 FR2875549 中陳述 的那樣，藉助耦合到熱力發動機並且在「起動器」模式下由逆變器供電的可逆電機、或交流 發電機-起動器使得車輛能夠根據「隨停隨走」模式工作。在「隨停隨走」工作模式下使用交流發電機-起動器在特定條件下包括當車輛自 身處於停頓時引起熱力發動機的完全停止，然後作為例如駕駛員的動作(其被解讀為要求 重新起動)的結果而重新起動熱力發動機。典型的「隨停隨走」情形是停止於紅燈處。駕駛員在紅燈處停止車輛，熱力發動機 自動停止，然後，當燈變綠時，作為通過系統檢測到離合器踏板被駕駛員踩下、或傳達駕駛 員要重新起動他的車輛的願望的任何其他動作的結果，藉助交流發電機-起動器重新起動 發動機。不難理解，由交流發電機-起動器系統執行的自動重新起動的功能是必須對車輛 的駕駛員儘可能透明的功能。在包括具有電感器的多相旋轉電機的交流發電機-起動器中，相電流和激勵電流 一般在重新起動的時刻由電源電路同時供電。在美國專利US6335609中，發現在這些情況下發動機扭矩僅能夠以可感知的延遲產生。該延遲是由於轉子中磁通量的形成引起的，並且提出在相電流形成之前執行電感 器的預通量(pre-fluxing)，從而減少熱力發動機達到預定旋轉速度所必需的時間。然而，該方法通過以固定的持續時間控制激勵電流來實現，並且顯得不適合所謂 的「微混合」系統中由具有「14+X」類型的可變電壓的車載網絡供電的交流發電機-起動器。因此存在對於這樣的方法和設備的需要，其使得可以在微混合類型的自動停止/ 重新起動系統的架構的情況下將起動時間維持在駕駛員可接受的限度內，該系統中車載電 網的電壓依賴於超電容器的充電狀態。

發明內容
本發明的目的是要滿足該需要，並且其目的具體在於用於控制車輛的熱力發動機 的起動時間的方法，其中發動機機械耦合到具有電感器的多相旋轉電機。其自身是公知的電機包括相繞組和關於轉子的位置的傳感器，所述轉子的數量等 於這些相的數量，並且該電機連接到車載電網。
探討中的方法是這樣的類型，包括在相電流的建立之前，通過以預定的預通量時 間在所述電感器中建立激勵電流來進行預通量。這些相電流同樣以公知的方式由控制信號控制，所述控制信號是相對於由所述傳 感器產生的同步信號相移根據所述電機的旋轉速度改變的相移角度得到的。根據本發明，在起動時間期間，所述相移角度另外依賴於包含在第一電壓與比第 一電壓高的第二電壓之間的範圍內的車載電網的電壓。藉助該手段，在根據本發明的方法中，所述起動時間不依賴於車載電網的電壓。特別有利地，當車載電網的電壓在第一電壓與第二電壓之間增加時，關於旋轉速 度的當前值的相移角度減少。優選地，當所述車載電網的電壓等於第一電壓時，對於所述電機的旋轉速度的每 個當前值，所述相移角度恆定地低於或等於相移的最大角度，在該最該大角度以下所述起 動時間高於基準閾值。根據依據本發明的方法的另一個特性，預定的預通量時間依賴於車載電網的電壓。當車載電網的電壓在第一電壓與第二電壓之間增加時，該預定的預通量時間優選 地減少。本發明還涉及用於控制車輛的熱力發動機的起動時間的設備，該設備被設計來實 現上述的方法。按照公知的方式，該熱力發動機被機械耦合到具有電感器的多相旋轉電機，所述 電機包括相繞組和關於轉子的位置的傳感器，所述轉子的數量等於所述相的數量。該電機由連接到至少一個車載電網且由控制電路控制的電源電路供電。所述控制電路包括用於利用控制信號控制相電流的第一控制部件，其中所述控制 信號是相對於由所述傳感器產生的同步信號相移根據旋轉電機的旋轉速度改變的相移角 度得到的，並且另外包括用於控制預通量的第二控制部件。根據本發明的設備區別在於其包括第一部件，用於根據車載電網的電壓在起動時 間期間確定所述相移角度。優選地，這些用於確定的第一部件包括在所述第一控制部件中，並且包括存儲器， 該存儲器包含根據旋轉電機的旋轉速度和車載電網的電壓的相移角度的表格。根據本發明的設備區別還在於，其另外包括第二部件，用於根據車載電網的電壓 確定預通量時間。這些用於確定的第二部件包括在所述第二控制部件中，並且特別有利地包括存儲 器，該存儲器包含關於熱力發動機的起動時間的基準閾值的根據車載電網的預通量時間的 表格。根據本發明的用於控制熱力發動機的起動時間的設備優選地涉及車輛，其車載電 網連接到至少一個超電容器等的端子。突出的是，由於該設備，當車載電網的電壓在18V與24V之間變化時，起動時間恆 定地為大約450ms。本發明因而還涉及微混合系統，其特別有利地包括先前所述的用於控制熱力發動 機的起動時間的設備。
這些少量的精要說明將使得本領域的技術人員明了與本領域現有技術相比之下 本發明提供的優點。以下描述中結合附圖給出本發明的詳細說明。應當注意，這些附圖除示意說明的 文字外沒有其他目的，並且不以任何方式構成本發明的範圍的限制。


圖1是使用根據本發明的用於控制起動時間的設備的用於微混合類型的自動停 止/重新起動的系統的示意性表示；圖2示出在缺少根據本發明的設備時，依賴於車載電網的電壓，在類似於圖1中表 示的用於自動停止/重新起動的系統中熱力發動機的起動時間；圖3示出在缺少根據本發明的設備時，在類似於圖1中表示的用於停止/自動重 新起動的系統中，根據預通量時間的起動時間、和車載電網的電壓的電平的離散集合的變 化；圖4的流程圖示意性地示出由關於三相電機的轉子的位置的傳感器產生的同步 信號與用於控制相電流的信號之間的相移角度；以及圖5示出根據本發明的對於車載電網的電壓的多個值的根據電機的旋轉速度的 相移角度的變化，從而維持恆定的起動時間。
具體實施例方式如圖1示意性地表示的，本發明的優選實施例關注於安裝有微混合類型的具有用 於恢復制動能量的設備的交流發電機-起動器的車輛。圖1示出耦合到車輛的熱力發動機2的交流發電機-起動器1。該交流發電機-起動器1包括具有可逆激勵的多相電機3，其藉助皮帶和滑輪驅動 器4耦合到發動機2。電機3包括轉子5，其在機軸7的末端與輸出滑輪6組成整體。轉子5具有電感器 8，其藉助旋轉集電器由激勵電路9供電。電機3還包括相或電樞繞組10，其由逆變器11供電。控制電路12根據由關於轉子5的位置的傳感器13提供的信息、和由車輛的電子 控制單元產生的控制信號來控制由逆變器11和激勵電路9組成的電機3的電源電路。電子控制單元藉助專用有線連接或CAN類型的車載數據通信總線接收發動機2的 工作參數、和其他上下文信息。逆變器11優選地由產生脈衝的用於車載電網的電壓Vbat+X的斬波電路組成，所 述脈衝的頻率和寬度在交流發電機-起動器1作為電動機工作時由控制電路12控制。該相同的斬波電路是可逆交流-直流轉換器，其在交流發電機-起動器1作為交 流發電機工作時作為同步整流器工作。圖1表示的微混合類型的架構中，車載電網連接到超電容器14的端子，而不是如 傳統架構中那樣直接由車載電池15供電。當作為發電機工作時，電機3藉助作為整流器工作的可逆交流-直流轉換器11將 超電容器14充電，並且向車載電網提供電壓Vbat+X，其高於電池電壓Vbat。
由直流-直流轉換器組成的能量轉換電路16允許在車載電池15與超電容器14 之間交換電能。根據本發明一般原理，在執行自動重新起動功能的系統的背景下，提出維持熱力 發動機2的起動時間的恆定，而不管車載電網的電壓Vbat+X如何。事實上，如圖2所示，在缺少適當的糾正措施的實施的情況下，熱力發動機2的起 動時間Tdem依賴於車載電網的電壓Vbat+X，S卩，依賴於超電容器14的充電狀態。測量17已經執行大約150ms的固定預通量時間Tpref-max，對應於電感器8的磁 飽和、以及恆定的角度包絡(profile)。當超電容器14少量充電時，考慮到系統的透明所要求的目的，定義為電機3施加 扭矩到熱力發動機2的時刻與後者達到旋轉的基準速度的時刻之間的時間的間隔的起動 時間Tdem在這些狀況下可以達到不可接受的值。因而提出一種加權功能，其調整起動參數以便對標稱工作電壓的整個範圍確保中 等的起動時間Tdem。在具有1500F的電容和25V的服務電壓的EDLC (電化雙層電容器)類型的超電容 器14的情況下，考慮標稱工作範圍VI、V2在18V與24V之間。圖3示出通過使得預通量時間Tpref改變在沒有用於控制起動時間的設備的類似 於圖1所示的微混合系統上進行的測試的結果、以及車載電網Vbat+X的電壓(18V、20V、22V 和MV)的若干電平。預通量時間Tpref在最小值Tpref-min與最大值Tpref-max之間改變，在該最小 值以下，即便在超電容器14最大充電時，起動時間也總是高於基準閾值Tdem-ref，即，在該 最小值以下起動功能退步，而且從該最大值開始往上觀察到電感器8的磁飽和。在起動期間起動時間Tdem依賴於由電機3提供的瞬時發動機扭矩，並且該發動機 扭矩自身基於由轉子5的位置傳感器13產生的同步信號Sil、Si2、Si3依賴於電機3的控 制。圖4示出從圖1中示意性地表示的三相電機的傳感器13獲得的同步信號Sil、 Si2、Si3。這些信號Sil、Si2、Si3 是 0· 5 二元佔空循環信號(binary duty cycle signal)， 它們之間具有單個標稱相移Φ，其在具有三相的電機的這種情況下等於120°。按照公知的方式，電機3的控制需要切換相電流的斬波電路11的控制信號Sil、 Si2、Si3的重建，其在穩定狀態下彼此之間具有相同的標稱相移Φ，但是相對於輸入信號 Sil、Si2、Si3具有根據旋轉速度N改變的相移角度φ。根據本發明的方法中，通過在起動的持續時間內始終控制電機3的瞬時扭矩，使 得熱力發動機2的起動時間恆定，而不管車載電網的電壓Vbat+X(在18V與24V之間)如 何。為了這個目的，相移角度Cp依賴於電機的旋轉速度N、和車載電網的電壓Vbat+X。圖5示出相移角度φ根據速度N的變化曲線的四個示例，其中由車載電網的電壓 Vbat+X的四個值(18V、20V、22V和MV)確定參數，其中將預通量時間Tpref設置為大約 150ms 的最大值 Tpref-max ο不管車載電網的電壓Vbat+X如何都維持恆定起動時間Tdem的策略包括對於車載電網Vbat+X的最低電壓Vl優化電機3的控制參數、以及對於最高網絡電壓Vbat+X降低電 機3的性能。對於最低網絡電壓VI，因而將預通量時間Tpref設置為電感器8的磁飽和所允許 的最大Tpref-max，並且將相移角度φ維持在最大值Cpmax，從而對每個旋轉速度N在起動期 間提供最優扭矩。如圖5中清楚示出的，當車載電網的電壓Vbat+X增加到其最高值V2時，如果預 通量時間Tpref維持恆定，則通過對旋轉速度N的每個當前值M相對於相移φ的最大角度 cpmax減少相移角度φ，降低電機3的性能。對於車載電網的高電壓，當車載電網的電壓Vbat+X增加時，通過減少預通量時間 Tpref同樣降低電機3的性能。圖3示出，如果選擇基準閾值Tdem-ref以維持起動時間Tdem恆定，則使用二維的 線性插值以便計算與具有恆定相移角度包絡φ的包含在電壓Vi到V2的標稱範圍中的車載 電網的電壓Vbat+X的每個值對應的預通量時間Tpref是足夠的。將相移角度φ根據旋轉速度N和網絡電壓Vbat+X的變化法則，以及補充地，預通量 時間Tpref根據網絡電壓Vbat+X的變化法則在交流發電機-起動器1的控制設備12的一 個或多個存儲器中製成表格，其根據對其施加的電源電壓Vbat+X確定用於控制電機3的角 度包絡、和合適的預通量時間Tpref。不難理解，本發明不限於上述的優選實施例。測量和測試結果作為示例僅提供用於144/5類型(定子的直徑144mm ；匝數5) 的交流發電機-起動器1和1500F/25V的EDLC超電容器。圖5所示的角度包絡是在預通量時間Tpref恆定且被設置為大約150ms時適合於 該模型的角度包絡。在這些條件下，電機3在450ms內達到大約2000rpm，即，通過具有大約2. 5的比率 的傳輸與其耦合的熱力發動機2在相同時間達到大約SOOrpm的基準旋轉速度，而不管包含 在18V到MV的範圍VI、V2中的車載電網的電壓Vbat+X如何。通過簡單地選擇數字表示的不同於指示的那些參數的參數值，前述說明將應用於 交流發電機-起動器1的其他模型、或其他類型的能量存儲設備，例如作為超電容器14的 替換的Ni-MH電池。相反，本發明因此合併了將保持在所附權利要求書限定的背景內的全部可能的變 形實施例。
權利要求
1.一種控制車輛的熱力發動機O)的起動時間(Tdem)的方法，所述發動機( 被機 械耦合到具有電感器的多相旋轉電機(3)，該電機包括相繞組(10)和關於轉子(5)的位置 的傳感器(13)，所述轉子的數量等於所述相的數量，該電機連接到車載電網，而且該方法是 這樣的類型，包括在建立由控制信號(SW1、SW2、SW;3)控制的相電流之前，通過以預定的預 通量時間(Tpref)在所述電感器(8)中建立激勵電流來執行預通量，所述控制信號是相對 於由所述傳感器(13)產生的同步信號(Sil、Si2、Si3)相移根據所述電機(3)的旋轉速度 (N)改變的相移角度(φ)得到的，其特徵在於，在所述起動時間(Tdem)期間，所述相移角度 (φ)另外依賴於包含在第一電壓(Vl)與比第一電壓(Vl)高的第二電壓(V2)之間的所述 車載電網的電壓(Vbat+X)。
2.根據權利要求1所述的控制車輛的熱力發動機( 的起動時間(Tdem)的方法，其特 徵在於，所述起動時間(Tdem)不依賴於所述電壓(Vbat+X)。
3.根據權利要求1或2中任何一個所述的控制車輛的熱力發動機O)的起動時間 (Tdem)的方法，其特徵在於，當所述電壓(Vbat+X)在所述第一電壓(Vl)與所述第二電壓 (V2)之間增加時，減少對於所述旋轉速度(N)的當前值(Ni)的所述相移角度(φ)。
4.根據權利要求1到3中任何一個所述的控制車輛的熱力發動機O)的起動時間 (Tdem)的方法，其特徵在於，當所述電壓(Vbat+X)等於第一電壓(Vl)時，對於所述旋轉速 度(N)的每個當前值(Ni)，所述相移角度(φ )恆定地低於或等於相移的最大角度(cpmax ), 其中在該最大角度以下所述起動時間(Tdem)高於基準閾值(Tdem-ref)。
5.根據權利要求1到4中任何一個所述的控制車輛的熱力發動機O)的起動時間 (Tdem)的方法，其特徵在於，所述預定的預通量時間(Tpref)依賴於所述車載電網的電壓 (Vbat+X)。
6.根據權利要求5所述的控制車輛的熱力發動機( 的起動時間(Tdem)的方法，其特 徵在於，當所述電壓(Vbat+X)在所述第一電壓(Vl)與所述第二電壓(M)之間增加時，減 少所述預定的預通量時間(Tpref)。
7.—種控制車輛的熱力發動機( 的起動時間(Tdem)的設備，其被設計為實現根據先 前權利要求1到6中任何一個所述的方法，所述發動機( 被機械耦合到具有電感器的多 相旋轉電機(3)，所述電機包括相繞組(10)和關於轉子(5)的位置的傳感器(13)，所述轉 子的數量等於所述相的數量，所述電機⑶由連接到至少一個車載電網且由控制電路(12) 控制的電源電路(9，11)供電，所述控制電路(1 包括用於通過控制信號(Swl、Sw2、Sw3) 控制相電流的第一控制部件，其中所述控制信號是相對於由所述傳感器(1 產生的同步 信號(Sil、Si2、Si3)相移根據所述電機(3)的旋轉速度(N)改變的相移角度(φ)得到的， 而且所述控制電路(1 另外包括用於控制預通量的第二控制部件，其特徵在於其包括第 一部件，用於在所述起動時間(Tdem)期間根據所述車載電網的電壓(Vbat+X)確定所述相 移角度(φ)。
8.根據權利要求7所述的控制車輛的熱力發動機( 的起動時間(Tdem)的設備，其特 徵在於，所述用於確定的第一部件包括在所述第一控制部件中，並且包括存儲器，其包含根 據所述旋轉速度(N)和所述電壓(Vbat+X)的所述相移角度(φ)的表格。
9.根據先前權利要求7或8所述的控制車輛的熱力發動機O)的起動時間(Tdem)的設備，其特徵在於其另外包括第二部件，用於根據所述車載電網的電壓(Vbat+X)確定預通 量時間(Tpref)。
10.根據權利要求9所述的控制車輛的熱力發動機O)的起動時間(Tdem)的設備，其 特徵在於，所述用於確定的第二部件包括在所述第二控制部件中，並且包括存儲器，其包含 關於所述起動時間的基準閾值(Tdem-ref)的根據所述電壓(Vbat+X)的所述預定的預通量 時間(Tpref)的表格。
11.根據權利要求7到10的任何一個所述的控制車輛的熱力發動機O)的起動時間 (Tdem)的設備，其特徵在於，所述車載電網連接到至少一個超電容器(14)等的端子。
12.根據先前權利要求7或8所述的控制車輛的熱力發動機( 的起動時間(Tdem)的 設備，其特徵在於，當所述電壓(Vbat+X)在ISV(Vl)與MV(M)之間變化時，所述起動時間 (Tdem)恆定地為大約450ms。
13.—種微混合系統，其特徵在於其包括根據先前權利要求7到12中任何一個所述的 控制設備。
全文摘要
在車輛中實現的方法，其中發動機(2)被機械耦合到具有電感器的多相旋轉電機(3)，該電機包括關於轉子(5)的位置傳感器(13)。該方法包括在建立由控制信號(Sw1、Sw2、Sw3)控制的相電流之前，通過在電感器(8)中以預定的預通量時間建立激勵電流來進行預通量，所述控制信號是相對於由所述傳感器(13)產生的同步信號(Si1、Si2、Si3)相移依賴於電機(2)的旋轉速度(N)的可變相移角度得到的。在起動時間期間，所述相移角度還依賴於第一電壓(V1)與比第一電壓(V1)高的第二電壓(V2)之間的車載電網電壓(Vbat+X)。
文檔編號F02N11/08GK102105675SQ200980128783
公開日2011年6月22日 申請日期2009年7月9日 優先權日2008年7月24日
發明者奧薩瑪·魯伊斯 申請人:法雷奧電機設備公司