发动机驱动的发电机的扭矩估计
专利汇可以提供发动机驱动的发电机的扭矩估计专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种驱动发 电机 的系统的 发动机 控制系统，包括产生 温度 信号 的温度 传感器 和基于发动机速度和发电机特性确定发电机 扭矩 的控 制模 块 。所述 控制模块 基于所述温度信号确定扭矩修正因数，并且基于所述发电机扭矩和所述扭矩修正因数确定修正的发电机扭矩。本 发明 的各种 实施例 利用发动机速度、系统 电压 、激励绕阻工作循环、发动机温度、 环境温度 和/或发电机 电流 。，下面是发动机驱动的发电机的扭矩估计专利的具体信息内容。
1.一种驱动发电机的发动机的发动机控制系统，包括：
温度传感器，该传感器产生温度信号；以及
控制模块，该模块基于发动机速度和发电机特性确定发电机扭矩、 基于所述温度信号确定扭矩修正因数以及基于所述发电机扭矩和所述 扭矩修正因数确定修正的发电机扭矩。
2.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述发电机特性包括 所述发电机的激励绕阻的工作循环。
3.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述发电机特性包括 所述发电机的激励绕阻电压。
4.如权利要求3所述的发动机控制系统，其中所述激励绕阻电压基 于系统电压和所述发电机的激励绕阻工作循环来确定。
5.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述控制模块基于所 述修正的发电机扭矩调节所述发动机的运行。
6.一种驱动发电机的发动机的发动机控制系统，包括：
电流传感器，该传感器产生发电机电流信号；以及
控制模块，该模块基于所述发电机电流信号、发动机速度和系统电 压确定发电机扭矩，并且基于所述发电机扭矩调节所述发动机的运行。
7.如权利要求6所述的发动机控制系统，其中所述控制模块还基于 多个校准常数来计算所述发电机扭矩。
8.如权利要求6所述的发动机控制系统，其中所述控制模块通过处 理公式来计算所述发电机扭矩。
9.如权利要求8所述的发动机控制系统，其中所述公式从包括发电 机电流、发动机速度和系统电压的试验数据得到。
10.如权利要求9所述的发动机控制系统，其中所述公式为关于速 度的至少二阶和关于发电机电流的至少二阶，其中所述公式包括电压与 除以速度的电流的乘积。
11.一种基于发电机扭矩调节驱动发电机的发动机的运行的方法， 包括：
产生温度信号、发动机速度信号和发电机特性信号；
基于所述发动机速度信号和所述发电机特性信号确定发电机扭 矩；
基于所述温度信号确定扭矩修正因数；以及
基于所述发电机扭矩和所述扭矩修正因数计算修正的发电机扭 矩。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述发电机特性信号基于所述 发电机的激励绕阻的工作循环。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述发电机特性信号基于所述 发电机的激励绕阻电压。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述激励绕阻电压基于系统电 压和所述发电机的激励绕阻工作循环来确定。
15.如权利要求11所述的方法，还包括基于所述修正的发电机扭矩 调节所述发动机的运行。
16.一种基于发电机扭矩调节驱动发电机的发动机的运行的方法， 包括：
产生发电机电流信号、发动机速度信号和系统电压信号；
基于所述发电机电流信号、所述发动机速度信号和所述系统电压信 号确定发电机扭矩；以及
基于所述发电机扭矩调节所述发动机的运行。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述发电机扭矩基于多个校准 常数来计算。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述发电机扭矩基于公式来计 算。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述公式从包括发电机电流、 发动机速度和系统电压的试验数据得到。
技术领域
背景技术
为防止发动机停转，火花点燃式IC发动机的发动机控制系统通过将 点火正时调节为小于最佳量而保持扭矩储备。因为该点火提前对于给定 的燃料/空气比是次优的，所以发动机产生的扭矩比最优正时的少(即， 最大扭矩的最小火花(MBT))。如果需要快速地增加扭矩以驱动增大 的负载(即，快于A/F比可变化的)，那么点火正时提前为更加靠近最 佳点，以对于相同的空气/燃料比产生更多的扭矩。同样，如果需要较小 的扭矩，那么点火正时从BMT进一步迟滞。但是，该方法导致发动机通 常运行于次优点火正时，以保持所需的扭矩储备。
防止发动机停转的另一方法是调节发动机负载。例如，对于怠速控 制，可调节发电机的负载(扭矩)。在这种方式下，发动机控制系统可 保持点火正时更加靠近MBT，以降低怠速时的燃料消耗。降低发电机负 载获得了与通过提前点火来提高发动机扭矩相同的结果。为了同时获得 平顺(即，驾驶员无法感觉到的(driver transparent))控制与改善的燃 料消耗，需要严密控制发电机增加或减少的扭矩负载的量。但是，传统 的估计发电机扭矩的方法无法精确提供所需的严密控制。例如，当反应 到发动机时，传统的估计发电机扭矩的方法会具有大致+/-20Nm的误 差。
发明内容
在一个特征中，所述发电机特性包括所述发电机的激励绕阻的工作 循环。
在其它特征中，所述发电机特性包括所述发电机的激励绕阻电压。 所述激励绕阻电压基于系统电压和所述发电机的激励绕阻工作循环来 确定。
在其它特征中，所述控制模块基于系统电压、发电机电流和速度计 算所述修正的发电机扭矩。
根据下文中所提供的详细描述，本发明适用性的其它方面也是显而 易见的。应当理解，尽管示出了本发明的优选实施例，但是其详细描述 和具体实例仅仅是示意性目的，而不是限制本发明的范围。
附图说明
从下面详细的描述和附图能够更加全面地理解本发明，其中：
图1为基于根据本发明的发电机扭矩估计系统操作的典型车辆的示 意图；
图2为典型发电机的电路图；
图3为示出对于多个运行温度，曲轴扭矩相对于激励线圈工作循环 的典型数据点的图表；
图4为示出由根据本发明的发电机扭矩控制执行的典型步骤的流程 图；
图5为示出使用发电机扭矩控制获得的，对于多个运行温度，曲轴 扭矩相对于扭矩误差的典型数据点的图表；
图6为示出对于多个运行温度，激励绕阻电压相对于曲轴扭矩的典 型数据点的图表；
图7为示出由根据本发明的可选发电机扭矩控制执行的典型步骤的 流程图；
图8为示出使用可选发电机扭矩控制获得的，对于多个运行温度， 曲轴扭矩相对于扭矩误差的典型数据点的图表；
图9为示出使用可选发电机扭矩控制获得的，对于多个样本，曲轴 扭矩相对于扭矩误差的典型数据点的图表；以及
图10为示出由根据本发明的另一可选发电机扭矩控制执行的典型 步骤的流程图。
具体实施方式
现在参考图1，典型的车辆10包括发动机12、发电机14和变速器16。 更具体地，发动机12将空气吸入进气歧管18，进气歧管将空气分配入气 缸(未示出)，空气在气缸内与燃料混合以形成空气/燃料混合物。空气 /燃料混合物燃烧，以驱动气缸内的活塞(未示出)，从而驱动曲轴20 以产生驱动扭矩。燃烧过程由火花塞(未示出)产生的火花起动。可调 节点火相对于气缸中活塞位置的正时(即，延迟或提前)，以调节排气 温度、发动机扭矩和歧管绝对压力(MAP)。
发动机12与交流发电机14通过传动带系统22连接。发动机12和发电 机14分别包括由传动带28连接以便旋转的滑轮24、26。滑轮24与发动机 12的曲轴20连接以便旋转。发动机12驱动发电机14，以产生车辆系统使 用的电能和/或给能量存储装置(ESD)30再充电。发电机14包括作用在 发动机12上由电压调节器(VR)32调节的可变负载(TGEN)。当需要发 电机14的更多电能时，VR32增大TGEN，从而增加发动机的功量。当需 要发电机14较少的电能时，VR32减小TGEN，从而减少发动机的功量。 在正常发动机运行期间，基于标准负载控制策略调节TGEN。共同转让的 美国专利No.US2004/0150375中公开了一种典型的负载控制策略，其内 容通过参考包含于本文。
变速器16可包括，但不限于，手动变速器、自动变速器、无级变速 器(CVT)和/或自动手动变速器(AMT)。驱动扭矩通过联接装置34 从发动机曲轴20传递到变速器16。联接装置34可包括，但不限于，依赖 于使用的变速器形式的摩擦离合器或液力变矩器。变速器16通过多个传 动比之一加倍驱动扭矩，以驱动驱动轴36。
控制模块38基于本发明的发电机扭矩估计系统调节车辆10的运 行。控制模块38控制发动机气流、燃料喷射、点火和交流发电机负载以 调节发动机扭矩输出。歧管绝对压力(MAP)传感器40响应于进气歧管 18内的MAP，并基于此产生MAP信号。发动机温度传感器42响应于发动 机温度，并基于此产生发动机温度信号。应当了解，发动机温度可从冷 却液温度和/或发动机12的油温来确定。环境温度传感器44响应于环境温 度，并基于此产生环境温度信号。应当了解，发动机温度还基于环境温 度进一步确定。速度传感器46响应于发动机12的转速(RPM)，并基于 此产生速度信号。踏板位置传感器50感测加速踏板48的位置。踏板位置 传感器50基于此产生踏板位置信号。
现在参考图2，示出了发电机14和电压调节器32的典型电路图。电 压调节器包括控制模块60、晶体管62和二极管64。发电机14包括具有定 子绕阻66的定子、具有爪极半部(未示出)和激励绕组68的转子以及具 有二极管72的整流器70。尽管未示出，但是在第一和第二磁轭中封装有 激励绕阻，每个激励绕阻都包括多个交错的齿(例如，每个磁轭6个齿)。 转子可旋转地支撑在定子中，并由曲轴20可旋转地驱动。
电压调节器32连接到功率和电压传感(sensing)的终端B+和B-。控 制模块60感测B+处的电压。如果电压与内部参考电压(VREF)相比过低， 那么晶体管62就开启，以向激励绕阻68提供电压，提高其电流。当晶体 管62开启时，“F”终端大致为，小于B＋的电压0.8V。当控制模块60感 测到B+的电压高于VREF时，晶体管62关闭。激励绕阻中流动的电压在二 极管64中循环，并缓慢地降低。当晶体管关闭并且二极管64打开时，“F” 终端大致为，小于B-的电压0.8V。晶体管62开启期间的时间周期(tON) 同tON与晶体管62关闭期间的时间周期(tOFF)的和的比值等于线圈的工 作循环(DC)。
激励绕阻68内的电压磁化了转子的磁轭。第一磁轭磁化为北极 (N)，第二磁轭磁化为南极(S)。磁轭的交错的齿使得当组装转子时， N极与S极交替地绕着转子的外围设置。当转子在定子内旋转时，这些磁 极产生的磁通量在绕阻中产生AC电压。在每个磁轭具有6个齿的情形 下，定子绕阻66每一转产生6个AC电压回路。AC电压回路的大小与频率 (即，转子的速度)和激励绕阻68产生的磁通量成比例。激励绕阻68内 的电流越多，磁轭产生的磁通量就越多。在低激励绕阻电流时，其关系 也基本成比例。
整流器70的二极管72以将定子绕阻66中产生的AC电压有效转换为 DC电压和电流的方式布置。但是，定子绕阻66中产生的电压不得不对于 二极管72来说足够大，以将其正向偏置。例如，如果电池电压为12.6V， 那么它大约需要14.6V，以便开始正向偏置二极管72，并产生电流。
发电机扭矩估计系统基于施加到激励线圈的工作循环(DCFC)、发 动机速度(RPM)和发动机温度(TEMPENG)来确定用温度修正的扭矩 TGEN(TGENCORR)。参考图3，收集了发动机怠速时(例如，1800发电机 RPM)，对于多个环境温度(例如，25℃、75℃和125℃)，DCFc相对 于TEMAS(即，测量的曲轴上驱动发电机的扭矩负载)的典型数据点。 对于各温度数据组提供了最佳的拟合曲线。基于发动机RPM和DCFC，使 用多维查寻表来确定TGEN的最佳拟合值。基于温度数据组和最佳拟合曲 线得出扭矩修正查寻表。更具体地，基于TEMPENG，从查寻表确定扭矩 修正因数(TCORR)。TEMPENG基于冷却液温度、油温和/或环境温度来 确定。修正的发电机扭矩(TGENCORR)基于TGEN和TCORR来确定。
现在参考图4，对发电机扭矩控制执行的典型步骤进行详细的描 述。在步骤400中，控制程序确定发动机RPM，在步骤402中，控制程序 确定DCFC。在步骤404中，控制程序基于RPM和DCFC确定TGEN。在步骤 406中，控制程序确定TEMPENG。在步骤408中，控制程序基于TEMPENG 确定TCORR。在步骤410中，控制程序计算TGEN与TCORR的乘积作为 TGENCORR。在步骤412中，控制程序基于TGENCORR调节发动机的运行。
现在参考图5，示出了获得的扭矩误差(TCORR)的典型数据点。更 具体地，TCORR定义为测量的发电机扭矩TEMAS与图3的最佳拟合曲柄之 间的差。如图所示，大部分典型数据点位于+/-4NM之内。这比使用恒 定的估计扭矩值的传统方法的+/-20NM误差具有显著的提高。
现在参考图6，可选发电机扭矩估计系统基于激励绕阻电压(VFW)、 发动机速度(RPM)和发动机温度(TEMPENG)来确定TGENCORR。VFW 基于DCFC和系统电压(VSYS)来确定。VSYS由控制模块38测量。收集了 发动机怠速时(例如，1800发电机RPM)，对于多个环境温度(例如， 25℃、75℃和125℃)，VFW相对于TEMAS(即，测量的曲轴上驱动发电 机的扭矩负载)的典型数据点。对于各温度数据组提供了最佳的拟合曲 线。基于发动机RPM和VFW，使用多维查寻表来确定TGEN的最佳拟合值。 与上述相类似，基于温度数据组和最佳拟合曲线得出扭矩修正查寻表。 基于TEMPENG，从查寻表确定TCORR。TEMPENG基于冷却液温度、油温 和/或环境温度来确定。TGENCORR基于TGEN和TCoRR来确定。
现在参考图7，对发电机扭矩控制执行的典型步骤进行详细的描 述。在步骤700中，控制程序确定发动机RPM，在步骤702中，控制程序 确定DCFC。在步骤704中，控制程序确定VSYS，在步骤406中，控制程序 基于VSYS和DCFC确定VFW。在步骤708中，基于RPM和VFW确定TGEN。在 步骤710中，控制程序确定TEMPENG。在步骤712中，控制程序基于 TEMPENG确定TCORR。在步骤714中，控制程序计算TGEN与TCORR的乘积作 为TGENCORR。在步骤716中，控制程序基于TGENCORR调节发动机的运行。
现在参考图8，示出了获得的TCORR的典型数据点。TCORR再次定义 为估计的TEMAS与图6的最佳拟合曲柄之间的差。如图所示，大部分典型 数据点位于+/-2NM之内。这比使用恒定的估计发电机扭矩值的传统方 法的+/-20NM误差具有显著的提高。
本发明还提供了另一可选发电机扭矩估计系统。更具体地，设有发 电机电流传感器60(参考图1)，其响应于发电机电流(IGEN)。基于发 电机RPM、VSYS和IGEN确定发电机扭矩的拟合曲线，以提供下列关系：
其中ka至kg为对试验数据进行最小二乘方曲线拟合得到的校准常数。因 为与速度和发电机电流相关的损失沿与温度相反的方向移动，因此温度 影响极小，所以上述关系与温度无关。
现在参考图9，示出了考虑发电机RPM、温度和负载范围的TCORR多 个数据点。例如，从发电机速度从1400变化至10000RPM(即，420至3000 发动机RPM)、环境温度从25变化至125℃、IGEN从10A变化至90A、以 及VSYS从12.4V变化至15.5V的数据组确定TCORR。如图所示，TCORR减小， 处于大致+/-1NM的范围内。
现在参考图10，对第二可选发电机扭矩控制执行的步骤进行详细的 描述。在步骤1000、1002、1004中，控制程序分别确定发动机RPM、IGEN 和VSYS。在步骤1006中，控制程序基于RPM、IGEN和VSYS，通过进行计 算公式确定TGEN。在步骤1008中，控制程序基于TGEN调节发动机的运 行。
本领域的技术人员从前面的描述应当理解，本发明广泛的教导可以 多种形式执行。因此，尽管根据其特定实施例描述了本发明，但是由于 通过对附图、说明书和所附权利要求的研究，其它修改对于技术人员也 是显而易见的，所以本发明的实际范围不应当这样限制。
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