專利名稱：用于監(jiān)控車輛的熱力發(fā)動機的起動時間的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于控制車輛的熱力發(fā)動機的起動時間的方法和設備。本發(fā)明還涉及 包括該設備的微混合系統(tǒng)。
背景技術：
節(jié)能和減少污染的考慮，特別是在城市環(huán)境中，正在促使機動車輛制造商為他們 的車型安裝自動停止/重新起動系統(tǒng)，諸如被稱為術語“隨停隨走(Stop and go)”的系統(tǒng)。如由VALEO EQUIPEMENT ELECTRIQUES MOTEUR 公司在專利申請 FR2875549 中陳述 的那樣，借助耦合到熱力發(fā)動機并且在“起動器”模式下由逆變器供電的可逆電機、或交流 發(fā)電機-起動器使得車輛能夠根據(jù)“隨停隨走”模式工作。在“隨停隨走”工作模式下使用交流發(fā)電機-起動器在特定條件下包括當車輛自 身處于停頓時引起熱力發(fā)動機的完全停止，然后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(fā)動機。典型的“隨停隨走”情形是停止于紅燈處。駕駛員在紅燈處停止車輛，熱力發(fā)動機 自動停止，然后，當燈變綠時，作為通過系統(tǒng)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愿望的任何其他動作的結果，借助交流發(fā)電機-起動器重新起動 發(fā)動機。不難理解，由交流發(fā)電機-起動器系統(tǒng)執(zhí)行的自動重新起動的功能是必須對車輛 的駕駛員盡可能透明的功能。在包括具有電感器的多相旋轉電機的交流發(fā)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(fā)現(xiàn)在這些情況下發(fā)動機扭矩僅能夠以可感知的延遲產(chǎn)生。該延遲是由于轉子中磁通量的形成引起的，并且提出在相電流形成之前執(zhí)行電感 器的預通量(pre-fluxing)，從而減少熱力發(fā)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(xù)時間控制激勵電流來實現(xiàn)，并且顯得不適合所謂 的“微混合”系統(tǒng)中由具有“14+X”類型的可變電壓的車載網(wǎng)絡供電的交流發(fā)電機-起動器。因此存在對于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(tǒng)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(nèi)，該系統(tǒng)中車載電 網(wǎng)的電壓依賴于超電容器的充電狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要滿足該需要，并且其目的具體在于用于控制車輛的熱力發(fā)動機 的起動時間的方法，其中發(fā)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于轉子的位置的傳感器，所述轉子的數(shù)量等 于這些相的數(shù)量，并且該電機連接到車載電網(wǎng)。
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于由所述傳 感器產(chǎn)生的同步信號相移根據(jù)所述電機的旋轉速度改變的相移角度得到的。根據(jù)本發(fā)明，在起動時間期間，所述相移角度另外依賴于包含在第一電壓與比第 一電壓高的第二電壓之間的范圍內(nèi)的車載電網(wǎng)的電壓。借助該手段，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，所述起動時間不依賴于車載電網(wǎng)的電壓。特別有利地，當車載電網(wǎng)的電壓在第一電壓與第二電壓之間增加時，關于旋轉速 度的當前值的相移角度減少。優(yōu)選地，當所述車載電網(wǎng)的電壓等于第一電壓時，對于所述電機的旋轉速度的每 個當前值，所述相移角度恒定地低于或等于相移的最大角度，在該最該大角度以下所述起 動時間高于基準閾值。根據(jù)依據(jù)本發(fā)明的方法的另一個特性，預定的預通量時間依賴于車載電網(wǎng)的電壓。當車載電網(wǎng)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(yōu)選 地減少。本發(fā)明還涉及用于控制車輛的熱力發(fā)動機的起動時間的設備，該設備被設計來實 現(xiàn)上述的方法。按照公知的方式，該熱力發(fā)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于轉子的位置的傳感器，所述轉子的數(shù)量等于所述相的數(shù)量。該電機由連接到至少一個車載電網(wǎng)且由控制電路控制的電源電路供電。所述控制電路包括用于利用控制信號控制相電流的第一控制部件，其中所述控制 信號是相對于由所述傳感器產(chǎn)生的同步信號相移根據(jù)旋轉電機的旋轉速度改變的相移角 度得到的，并且另外包括用于控制預通量的第二控制部件。根據(jù)本發(fā)明的設備區(qū)別在于其包括第一部件，用于根據(jù)車載電網(wǎng)的電壓在起動時 間期間確定所述相移角度。優(yōu)選地，這些用于確定的第一部件包括在所述第一控制部件中，并且包括存儲器， 該存儲器包含根據(jù)旋轉電機的旋轉速度和車載電網(wǎng)的電壓的相移角度的表格。根據(jù)本發(fā)明的設備區(qū)別還在于，其另外包括第二部件，用于根據(jù)車載電網(wǎng)的電壓 確定預通量時間。這些用于確定的第二部件包括在所述第二控制部件中，并且特別有利地包括存儲 器，該存儲器包含關于熱力發(fā)動機的起動時間的基準閾值的根據(jù)車載電網(wǎng)的預通量時間的 表格。根據(jù)本發(fā)明的用于控制熱力發(fā)動機的起動時間的設備優(yōu)選地涉及車輛，其車載電 網(wǎng)連接到至少一個超電容器等的端子。突出的是，由于該設備，當車載電網(wǎng)的電壓在18V與24V之間變化時，起動時間恒 定地為大約450ms。本發(fā)明因而還涉及微混合系統(tǒng)，其特別有利地包括先前所述的用于控制熱力發(fā)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(xiàn)有技術相比之下 本發(fā)明提供的優(yōu)點。以下描述中結合附圖給出本發(fā)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，并且不以任何方式構成本發(fā)明的范圍的限制。


圖1是使用根據(jù)本發(fā)明的用于控制起動時間的設備的用于微混合類型的自動停 止/重新起動的系統(tǒng)的示意性表示；圖2示出在缺少根據(jù)本發(fā)明的設備時，依賴于車載電網(wǎng)的電壓，在類似于圖1中表 示的用于自動停止/重新起動的系統(tǒng)中熱力發(fā)動機的起動時間；圖3示出在缺少根據(jù)本發(fā)明的設備時，在類似于圖1中表示的用于停止/自動重 新起動的系統(tǒng)中，根據(jù)預通量時間的起動時間、和車載電網(wǎng)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于三相電機的轉子的位置的傳感器產(chǎn)生的同步 信號與用于控制相電流的信號之間的相移角度；以及圖5示出根據(jù)本發(fā)明的對于車載電網(wǎng)的電壓的多個值的根據(jù)電機的旋轉速度的 相移角度的變化，從而維持恒定的起動時間。
具體實施例方式如圖1示意性地表示的，本發(fā)明的優(yōu)選實施例關注于安裝有微混合類型的具有用 于恢復制動能量的設備的交流發(fā)電機-起動器的車輛。圖1示出耦合到車輛的熱力發(fā)動機2的交流發(fā)電機-起動器1。該交流發(fā)電機-起動器1包括具有可逆激勵的多相電機3，其借助皮帶和滑輪驅動 器4耦合到發(fā)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，其借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?？刂齐娐?2根據(jù)由關于轉子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(chǎn)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。電子控制單元借助專用有線連接或CAN類型的車載數(shù)據(jù)通信總線接收發(fā)動機2的 工作參數(shù)、和其他上下文信息。逆變器11優(yōu)選地由產(chǎn)生脈沖的用于車載電網(wǎng)的電壓Vbat+X的斬波電路組成，所 述脈沖的頻率和寬度在交流發(fā)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(fā)電機-起動器1作為交 流發(fā)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(wǎng)連接到超電容器14的端子，而不是如 傳統(tǒng)架構中那樣直接由車載電池15供電。當作為發(fā)電機工作時，電機3借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，并且向車載電網(wǎng)提供電壓Vbat+X，其高于電池電壓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(jù)本發(fā)明一般原理，在執(zhí)行自動重新起動功能的系統(tǒng)的背景下，提出維持熱力 發(fā)動機2的起動時間的恒定，而不管車載電網(wǎng)的電壓Vbat+X如何。事實上，如圖2所示，在缺少適當?shù)募m正措施的實施的情況下，熱力發(fā)動機2的起 動時間Tdem依賴于車載電網(wǎng)的電壓Vbat+X，S卩，依賴于超電容器14的充電狀態(tài)。測量17已經(jīng)執(zhí)行大約150ms的固定預通量時間Tpref-max，對應于電感器8的磁 飽和、以及恒定的角度包絡(profile)。當超電容器14少量充電時，考慮到系統(tǒng)的透明所要求的目的，定義為電機3施加 扭矩到熱力發(fā)動機2的時刻與后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(diào)整起動參數(shù)以便對標稱工作電壓的整個范圍確保中 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，考慮標稱工作范圍VI、V2在18V與24V之間。圖3示出通過使得預通量時間Tpref改變在沒有用于控制起動時間的設備的類似 于圖1所示的微混合系統(tǒng)上進行的測試的結果、以及車載電網(wǎng)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，起動時間也總是高于基準閾值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依賴于由電機3提供的瞬時發(fā)動機扭矩，并且該發(fā)動機 扭矩自身基于由轉子5的位置傳感器13產(chǎn)生的同步信號Sil、Si2、Si3依賴于電機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 二元占空循環(huán)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于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(wěn)定狀態(tài)下彼此之間具有相同的標稱相移Φ，但是相對于輸入信號 Sil、Si2、Si3具有根據(jù)旋轉速度N改變的相移角度φ。根據(jù)本發(fā)明的方法中，通過在起動的持續(xù)時間內(nèi)始終控制電機3的瞬時扭矩，使 得熱力發(fā)動機2的起動時間恒定，而不管車載電網(wǎng)的電壓Vbat+X(在18V與24V之間)如 何。為了這個目的，相移角度Cp依賴于電機的旋轉速度N、和車載電網(wǎng)的電壓Vbat+X。圖5示出相移角度φ根據(jù)速度N的變化曲線的四個示例，其中由車載電網(wǎng)的電壓 Vbat+X的四個值(18V、20V、22V和MV)確定參數(shù)，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(wǎng)的電壓Vbat+X如何都維持恒定起動時間Tdem的策略包括對于車載電網(wǎng)Vbat+X的最低電壓Vl優(yōu)化電機3的控制參數(shù)、以及對于最高網(wǎng)絡電壓Vbat+X降低電 機3的性能。對于最低網(wǎng)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，并且將相移角度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(yōu)扭矩。如圖5中清楚示出的，當車載電網(wǎng)的電壓Vbat+X增加到其最高值V2時，如果預 通量時間Tpref維持恒定，則通過對旋轉速度N的每個當前值M相對于相移φ的最大角度 cpmax減少相移角度φ，降低電機3的性能。對于車載電網(wǎng)的高電壓，當車載電網(wǎng)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恒定，則使用二維的 線性插值以便計算與具有恒定相移角度包絡φ的包含在電壓Vi到V2的標稱范圍中的車載 電網(wǎng)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(jù)旋轉速度N和網(wǎng)絡電壓Vbat+X的變化法則，以及補充地，預通量 時間Tpref根據(jù)網(wǎng)絡電壓Vbat+X的變化法則在交流發(fā)電機-起動器1的控制設備12的一 個或多個存儲器中制成表格，其根據(jù)對其施加的電源電壓Vbat+X確定用于控制電機3的角 度包絡、和合適的預通量時間Tpref。不難理解，本發(fā)明不限于上述的優(yōu)選實施例。測量和測試結果作為示例僅提供用于144/5類型(定子的直徑144mm ；匝數(shù)5) 的交流發(fā)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恒定且被設置為大約150ms時適合于 該模型的角度包絡。在這些條件下，電機3在450ms內(nèi)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(fā)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的范圍VI、V2中的車載電網(wǎng)的電壓Vbat+X如何。通過簡單地選擇數(shù)字表示的不同于指示的那些參數(shù)的參數(shù)值，前述說明將應用于 交流發(fā)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(fā)明因此合并了將保持在所附權利要求書限定的背景內(nèi)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(fā)動機O)的起動時間(Tdem)的方法，所述發(fā)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)和關于轉子(5)的位置 的傳感器(13)，所述轉子的數(shù)量等于所述相的數(shù)量，該電機連接到車載電網(wǎng)，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(zhí)行預通量，所述控制信號是相對 于由所述傳感器(13)產(chǎn)生的同步信號(Sil、Si2、Si3)相移根據(jù)所述電機(3)的旋轉速度 (N)改變的相移角度(φ)得到的，其特征在于，在所述起動時間(Tdem)期間，所述相移角度 (φ)另外依賴于包含在第一電壓(Vl)與比第一電壓(Vl)高的第二電壓(V2)之間的所述 車載電網(wǎng)的電壓(Vbat+X)。
2.根據(jù)權利要求1所述的控制車輛的熱力發(fā)動機( 的起動時間(Tdem)的方法，其特 征在于，所述起動時間(Tdem)不依賴于所述電壓(Vbat+X)。
3.根據(jù)權利要求1或2中任何一個所述的控制車輛的熱力發(fā)動機O)的起動時間 (Tdem)的方法，其特征在于，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，減少對于所述旋轉速度(N)的當前值(Ni)的所述相移角度(φ)。
4.根據(jù)權利要求1到3中任何一個所述的控制車輛的熱力發(fā)動機O)的起動時間 (Tdem)的方法，其特征在于，當所述電壓(Vbat+X)等于第一電壓(Vl)時，對于所述旋轉速 度(N)的每個當前值(Ni)，所述相移角度(φ )恒定地低于或等于相移的最大角度(cpmax ), 其中在該最大角度以下所述起動時間(Tdem)高于基準閾值(Tdem-ref)。
5.根據(jù)權利要求1到4中任何一個所述的控制車輛的熱力發(fā)動機O)的起動時間 (Tdem)的方法，其特征在于，所述預定的預通量時間(Tpref)依賴于所述車載電網(wǎng)的電壓 (Vbat+X)。
6.根據(jù)權利要求5所述的控制車輛的熱力發(fā)動機( 的起動時間(Tdem)的方法，其特 征在于，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(fā)動機( 的起動時間(Tdem)的設備，其被設計為實現(xiàn)根據(jù)先 前權利要求1到6中任何一個所述的方法，所述發(fā)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)和關于轉子(5)的位置的傳感器(13)，所述轉 子的數(shù)量等于所述相的數(shù)量，所述電機⑶由連接到至少一個車載電網(wǎng)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 包括用于通過控制信號(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于由所述傳感器(1 產(chǎn)生的同步 信號(Sil、Si2、Si3)相移根據(jù)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 另外包括用于控制預通量的第二控制部件，其特征在于其包括第 一部件，用于在所述起動時間(Tdem)期間根據(jù)所述車載電網(wǎng)的電壓(Vbat+X)確定所述相 移角度(φ)。
8.根據(jù)權利要求7所述的控制車輛的熱力發(fā)動機( 的起動時間(Tdem)的設備，其特 征在于，所述用于確定的第一部件包括在所述第一控制部件中，并且包括存儲器，其包含根 據(jù)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(jù)先前權利要求7或8所述的控制車輛的熱力發(fā)動機O)的起動時間(Tdem)的設備，其特征在于其另外包括第二部件，用于根據(jù)所述車載電網(wǎng)的電壓(Vbat+X)確定預通 量時間(Tpref)。
10.根據(jù)權利要求9所述的控制車輛的熱力發(fā)動機O)的起動時間(Tdem)的設備，其 特征在于，所述用于確定的第二部件包括在所述第二控制部件中，并且包括存儲器，其包含 關于所述起動時間的基準閾值(Tdem-ref)的根據(jù)所述電壓(Vbat+X)的所述預定的預通量 時間(Tpref)的表格。
11.根據(jù)權利要求7到10的任何一個所述的控制車輛的熱力發(fā)動機O)的起動時間 (Tdem)的設備，其特征在于，所述車載電網(wǎng)連接到至少一個超電容器(14)等的端子。
12.根據(jù)先前權利要求7或8所述的控制車輛的熱力發(fā)動機( 的起動時間(Tdem)的 設備，其特征在于，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)恒定地為大約450ms。
13.—種微混合系統(tǒng)，其特征在于其包括根據(jù)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(xiàn)的方法，其中發(fā)動機(2)被機械耦合到具有電感器的多相旋轉電機(3)，該電機包括關于轉子(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于由所述傳感器(13)產(chǎn)生的同步信號(Si1、Si2、Si3)相移依賴于電機(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于第一電壓(V1)與比第一電壓(V1)高的第二電壓(V2)之間的車載電網(wǎng)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(yōu)先權日2008年7月24日
發(fā)明者奧薩瑪·魯伊斯 申請人:法雷奧電機設備公司