用於控制汽車起動器切斷的方法和設備的製作方法
2023-07-01 03:10:51
專利名稱：用於控制汽車起動器切斷的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及汽車發動機的起動器，特別是涉及控制這樣一個起動器自動切斷的方法和設備。
在當今的實踐中，當汽車的內燃發動機起動時，為了切斷起動器，即為了終止起動器本身驅動發動機的作用，通常都是在汽車駕駛員的直接控制下進行的，為此，當汽車駕駛員聽到發動機給出一種具有特徵的聲音時，使點火鑰匙脫離其「起動」位置。然而，流行的趨勢是使發動機越來越安靜，這使汽車駕駛員聽出這種具有特徵的聲音變得日益困難，從而使汽車駕駛員難以知道何時該取出點火鑰匙，以便讓起動器仃止工作。這就導致在起動器和發動機之間加上不需要的嚴重的作用力。
我們已經知道，當發動機已經成功地起動了並且自身已有自足的力量以達到緩慢運轉的狀態時，有很多裝置可用於切斷汽車的起動器(即，切斷對汽車起動器的電力供應)。一般地根據其性能，這些裝置中最好的是利用對向起動器提供的電源電壓中發生的波動進行的分析的裝置。這些波動是由內燃機在完全起動前的壓縮衝程中起動器馬達所取得的電流變化產生的。
眾所周知，在發動機由起動器驅動的時間結束和發動機中產生最初的爆發時，發動機的速度迅速提高，所以起動器的切斷應該不僅非常快地而且要在非常準確的時刻發生。
為了一旦發動機已被起動了足夠的程度時能迅速地切斷對起動器的電力供應，以前在題為「Valeo Equipements Electriques Moteur」的法國專利申請NO.9611792中已經提出了一種切斷的策略。在這種策略中，對每次新的波動都開始一段觀察時間，並且當在這段觀察時間中檢測到一個非極端(非最大或最小)值時切斷對起動器的電力供應。這段觀察時間的持續長度，例如，正比於上一次波動的持續長度。然而，這種策略不能控制非周期的波動。
這種非周期的波動如所附的
圖1和2所示，在圖中已經做了參考說明。圖1和2中每一個都畫出了在起動器工作的開始階段，起動器電壓對時間的變化波形。
圖1所示的非周期效應發生在起動器工作的最初時刻，發動機的第一個壓縮衝程的開始階段的峰值C1隱藏在有第二個峰值C2的第二個波動的上升前沿中。換句話說，在最初的兩個壓縮衝程中，相應的波動基本上彼此重合。這樣，對為到達在電壓信號中的第一個可檢測峰值(C2)的時間段T1的分析是錯誤的，根據時間段T1的長度確定的在峰值C2後的對發動機下一個循環的觀察時間段D1比需要的長得多。因此，如果發動機在這個時候起動，則在這段觀察時間結束時才決定切斷對起動器的能量供應是太遲了。這就大大地減少了期望從給出自動切斷的電子控制系統得到的優點，如減少磨損，減少非車輪的噪聲等等。
圖2所示的非周期效應發生在發動機已由起動器驅動的後續狀態中，這時很難起動。一個沒有更多的爆發接著的爆發再次引起波動的基本重合，以致兩個相繼的電壓峰彼此靠得非常近，如圖2中的峰值C3和C4所示。結果，這些峰值中的第一個，即C3就難以在相應的觀察時間段D2中檢測出來。
所以在這種情形，彼此接近的兩次爆發有被電子控制系統解釋為表示發動機已被起動的危險。於是在發動機自身已適當地起動以前，起動器就過早地仃止了，以致起動器不得不再次從頭開始起動的工作。
此外，用時間T3來確定下一段觀察時間也是有誤差的。
本發明提出一種控制切斷汽車起動器的方法，在這種方法中我們檢測和起動器電壓或電流相對應的信號中的波動，當這種波動仃止發生時就切斷起動器，這樣，本方法就能克服上述的缺點。
根據本發明的第一個方面，控制切斷汽車起動器的方法包括一個起動器接觸器，在那裡，我們檢測和起動器電壓或電流相對應的信號中的波動，當這種波動消失時就切斷起動器。這個方法的特徵是它包括確定信號中相繼的時間段的步驟，在這些時間段中電壓不斷地增加，並當所說的時間段中的一個變得長於某個給定的閾值時切斷起動器，而且所說的閾值是從起動器接觸器關閉時開始的一段觀察時間中給出的第一個顯著的值，和跟隨所說的這段觀察時間的第二個顯著的值，這段觀察時間的持續長度如此選擇，使其足夠長以便能包括這樣一些情形，在這些情形中在發動機壓縮衝程開始時的第一和第二個波動彼此基本重合。
在起動器工作的開始狀況和當接在這個開始狀態後的起動工作的正常驅動狀態時，使用這兩種不同策略不僅能夠避免過早地發生切斷，而且能夠避免過遲的切斷。否則由於上面討論的電壓信號中的非周期效應的結果，就會發生這兩種情況中的任何一種。
在這段觀察時間和接著這段觀察時間的以後的時間中這兩個閾值優選地分別是溫度的函數。
接著這段觀察時間，對於每個新的波動，這個閾值優選地只少是以前的一個波動的持續時間的函數。
根據本發明的優選的特點，在這段觀察時間內，僅在給定的初始時間延遲後才開始確定電壓不斷增加的相繼的時間段。
優選地，在這段觀察時間中和在其後的時間中，將和峰值電壓的最大值相對應的信號值存儲起來，並在這個觀察時間後，僅從信號達到預先存儲的和電壓的最大峰值相對應的值的時刻確定一段電壓不斷增加的時間。
要檢測其上的波動的信號優選地是起動器的電源電壓。
根據本發明的另一個優選的特點，為了確定電壓不斷增加的時間段，從所說的電壓取樣，如果最後一個測量值低於前面的已被減去一個恆定值dU的電壓值，則要求電壓有一個減少，而在所有其它的情形，要求電壓有一個增加。
恆定值dU優選地在50和200毫伏之間的範圍內。
根據本發明的第二個方面，本發明提供了控制切斷起動器的設備，它包括一個信號發生器，這個信號發生器包括用於檢測和起動器電壓或電流相對應的信號中的波動的裝置以及用於當所說的波動消失時切斷起動器的裝置，這個設備的特點是所說的信號發生器適合於執行根據本發明第一個方面的方法。
在第三方面，本發明提供包括這樣一個設備的汽車起動器。
本發明的進一步的特點和優點在閱讀下面的本發明的優選實施例的詳細描述時將變得更加清楚。這個實施例僅用一個不受限制的例子給出並請參照附圖。
上面已經對圖1和2進行了討論，它們舉例畫出了在起動狀態，作為時間的函數，起動器電壓的非周期波動。
圖3是在本發明的一個可能的實施例中用來切斷起動器的電子控制裝置的簡化的電路圖。
圖4畫出了起動器電壓隨時間演變的例子，從而說明根據本發明的一種操作方法。
圖5是在本發明的方法中的一系列步驟的過程圖。
圖3畫出了為控制對起動器DM電力供應的裝置，它包括一個連接在有汽車電池電壓的電源終端B+和汽車的地(或大地)間的電動機M。
起動器包括起動器接觸器1，它連接在有汽車電池電壓U的電源終端B+和起動器DM之間。接觸器1是一個由繼電器線圈2操縱的繼電器。線圈2的一個終端連接到電源終端B+。它的另一個終端連接到Mosfet電晶體3的源極上，並連接到接地的電感5上。
電晶體3的漏極連接到電源終端B+。它的柵極連接到控制單元4的輸出端，它從這個輸出端接受控制電壓。控制單元4，例如，是一臺微處理器。我們當然應該明白電晶體3可以被任何其它適當類型的斷續器所代替。
在如圖所示的例子中，單元4產生控制電壓，這個控制電壓首先作為電源B+處的電壓波動的函數，其次作為由汽車點火鑰匙操縱的接觸器6的位置的函數。這個接觸器在本申請中稱為點火開關。
現在參照圖4和5詳細地描述由控制單元4執行的過程。這個過程在起動器開始工作時利用一種策略，而在接著的起動器正在驅動發動機的「正常」狀態中利用一個不同的策略。
在起動器工作的初始狀態開始時一個具有預先確定的持續時間為Dini的觀察時間窗從起動器開始工作的時刻T0開始，在T0這個時刻接觸器繼電器1的觸點是關閉的。在這個觀察時間窗中，控制單元4確定了時間段的持續時間dS1，dS2，……，在這些時間段中在電源終端B+的電壓U不斷地上升。這些時間段和在圖4中電壓波動曲線的虛線代表的部分相對應。
在這個例子中，這些確定不在時刻T0直接開始，而是在時刻T0+tini開始，這裡，tini是時間延遲，它如此選擇以便消除電流的全部不穩定時間，這個電流是起動器馬達M加上電壓的瞬間立即產生的。
為了確定時間段dS1，dS2，……，控制單元4在整個觀察時間窗Dini內取樣電壓U並執行計數工作，每當電壓出現任何下降時計數就回復到零。控制單元將任何一個最後一次測量的值低於上次測量值一個恆定量dU的情形作為電壓降低處理，在所有其它的情形，作為電壓增加處理。在這個例子中，常值dU是在50和200毫伏間的範圍內。設置常值dU的目的是為了能掩蔽掉寄生效應而不使分析無效。
如果在上升系列dS1，dS2……中持續時間dS的一個值超過預先確定的值TS1，則起動器仃止作用。持續時間TS1當然比時間段Dini的長度短，並且預先由實驗根據在圖1中的時間段T1內能夠觀察到的最大值確定。
這樣，如果發動機發生起動，即它開始自治地運轉，在這段初始觀察時間Dini中，起動器在一段固定的時間TS1的終端仃止工作，這就能克服上面討論的不規則性，並能夠避免在任何切斷前的任何過分的延遲。
周期TS1的值最好按照數值表或預定規律以溫度進行索引，「正常」工作狀態(跟隨在初始狀態後)當整個時間段Dini和以後的時間中，控制單元4存儲遇到的不同峰電壓U的最大值Ucmax。如果在觀察窗Dini的終端控制單元4在上面已說明的情況下沒有發出切斷起動器的命令，則它按下列方式繼續這個過程對每個新的上升前沿，單元4從電壓U達到以前存儲的值Ucmax的時刻開始倒著數電源B+的電壓U不斷增加的時間段(用dS表示)。當這些時間段dS(即dS1，dS2等)中的一個超過預先確定的閾值TS2時，起動器仃止工作。
這個值TS2對於跟著觀察窗Dini的整個下一個時間段可以是一個固定值。任選地，它也可以是出現上述的波動的時間段的函數，例如是從最後二個電壓峰經過的時間的一小部分，這個經過的時間由控制單元4執行的計數工作所確定。同樣地，這個值或TS2的值可以加上一個和發動機環境溫度有關的係數。這樣，在低溫下，為了保證發動機在起動器本身停止工作前急速地完全地起動可以增加TS2的值。
我們將注意到由於僅從電壓U變得大於以前存儲的值Ucmax的時刻開始時間段dS的倒計時，電壓曲線下面部分，其持續時間能根據起動的條件變化，消除了並且這樣就能夠得到較高的精度。
現在請參照圖5，它是表示過程中一系列工作的工作圖。在步驟10，使組成控制單元4的微處理器接通電源，並測量起動器的溫度。
在第二步(步驟11)，微處理器4確定持續時間Dini，TS1和TS2，作為在步驟10測得的溫度的函數。然後在步驟12中控制單元4發出關閉接觸器1的控制信號，以便使起動器開始工作。
在下一步，步驟13，在直到T0+tini的時刻的時間延遲後，控制單元4尋找在觀察時間窗中開始並延續到觀察時間窗的持續時間Dini終端的時間段TS1中以及在觀察時間窗外的第一個時間段TS2中不斷增加的電壓的第一個取樣系列。這發生在步驟14。
同時，控制單元以到所取樣品的程度確定並存儲最大峰電壓的值U。當控制單元找到一個證明上述條件的系列時，它發出一個終止起動器工作的信號。這在圖5中由步驟15輸出「Yes(是)」來表示。如果還沒有找到，則繼續步驟14。
應用和實施本發明的方法的其它變型當然是可能的。實際上，代替檢測電壓信號中的波動，本發明提出的過程能夠用於和起動器所取的電流相對應的信號上，如果在這個電流中的變化和在這個電壓中的變化相反的話。
控制單元當然能夠合併到起動器中，或者它可以由汽車的一個單獨的部件，例如發動機本身的控制單元組成。
此外，上面已經討論的切斷汽車起動器的控制進一步還有不同於上述的一些優點。例如，它和汽車發動機無關，和發動機中的氣缸數及其容量無關，和電池及線圈的老化無關，除此之外還和起動器的工藝及功率輸出無關。
權利要求
1.控制汽車起動器切斷的方法包括起動器接觸器，在這個方法中，檢測和起動器的電壓或電流相對應的信號中的波動，並當這種波動消失時切斷起動器，這個方法的特徵是它包括確定信號中相繼的時間段，電壓在這些時間段中不斷增加，並當所說的時間段中的一個變得長於給定的閾值時切斷起動器的步驟，並且所說的閾值是從起動器接觸器關閉時開始的一段觀察時間中的第一個顯著的值和跟在所說的這段觀察時間後的第二個顯著的值，這段觀察時間有一個選擇得足夠長的持續時間，以便包括在發動機的壓縮衝程開始時的第一和第二個波動基本上彼此重合的各種情形。
2.根據權利要求1的方法，它的特徵是在這段觀察時間中及接著這段觀察時間的以後的時間中，這個閾值是溫度的函數。
3.根據權利要求1或2的方法，它的特徵是在跟著這段觀察時間的以後的時間中，對於每一個新的波動，這個閾值只少是一個以前的波動的持續時間的函數。
4.根據權利要求1或2的方法，它的特徵是在這段觀察時間中，只在給定的初始時間延遲後，才開始確定電壓不斷增加的相繼的時間段。
5.根據權利要求1或2的方法，它的特徵是在這段觀察時間中及跟著這段觀察時間的以後的時間中，存儲和峰電壓的最大值相對應的信號值，和只有在信號達到和電壓的最大峰值相對應的以前存儲的值時才開始確定接著這段觀察時間的電壓不斷增加的時間段。
6.根據權利要求1或2的方法，它的特徵是要檢測其上波動的信號是起動器的電源電壓。
7.根據權利要求6的方法，它的特徵是為了確定電壓不斷增加的時間段，從所說的電壓取樣，如果最後一個測量值低於前面的已被減去一個恆定值dU的電壓值，則要求電壓有一個減少，而在所有的其它的情況，要求電壓有一個增加。
8.根據權利要求7的方法，它的特徵是恆定值dU在50和200毫伏之間的範圍內。
9.控制起動器切斷的設備，它包括一個信號發生器，這個信號發生器包括用於檢測和起動器電壓或電流相對應的信號中的波動的裝置以及用於當所說的波動消失時切斷起動器的裝置，這個設備的特徵是所說的信號發生器適合於執行根據上述的權利要求中任何一項的方法。
10.一個汽車起動器，它包括根據權利要求9的設備。
全文摘要
用於汽車內燃機的起動器包括一個控制起動器切斷的電子裝置,它檢測和起動器電壓或電流相對應的信號中的波動,當這些波動消失時切斷對起動器的電力供應。實施這種控制的方法包括確定在信號中的電壓不斷增加的相繼的時間段,當這些時間段中的一個變得長於給定的閾值時切斷起動器;這個閾值是給定的顯著的值,它們首先是在起動器接觸器關閉時開始的一段觀察時間中,其次是在一段觀察時間後的一段時間中。
文檔編號F02N11/08GK1187582SQ9712545
公開日1998年7月15日 申請日期1997年12月11日 優先權日1996年12月12日
發明者傑勒德·維盧 申請人:瓦萊奧電機設備公司