CN102204081B - 装备有可编程信号处理接口的交流发电机的电压调节器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的交流发电机的电压调节器，包括：电子调节电路(10)和用于产生表示要提供给交流发电机的激励线圈的激励电流的信号的装置。根据本发明，所述调节器包括可编程的信号处理接口(11)，其在输入端处接收表示所述激励电流的至少一个信号(SS；Sp、SGp、Sexc)，并在输出端处提供处理后的信号(Srex)以发送给机动车的电子控制接口(3)。所述接口(11)包括用于向表示信号(SS；Sp、SGp、Sexc)施加不同形式的处理的装置(111)和用于基于编程字(M)选择要被施加于所述信号的处理的形式的装置(MU130到MU133)。通常，所述信号是PWM信号。

Description

装备有可编程信号处理接口的交流发电机的电压调节器

技术领域

本发明一般应用于机动车辆的领域。更具体地，本发明涉及被设计为装备机动车辆的交流发电机的改善的电压调节器。

背景技术

在目前可用的交流发电机中，经常在包括在交流发电机中的电压调节器和机动车的电子控制单元之间提供通信连接。

此电子控制单元常常是所谓的发动机控制单元，其专用于机动车辆的热机械的控制和管理，但是也可以保证交流发电机的控制和监视。

通过此通信连接，电子控制单元可以与交流发电机的调节器通信并且控制后者的特定运行模式。因而，电子控制单元可以为调节器提供诸如电压命令之类的指令，并且接收与交流发电机的实际运行有关的信息作为回应。

作为回应由调节器发送给电子控制单元的信息通常是与交流发电机的激励电流有关的信息。此信息使得电子控制单元检验与提供的指令有关的交流发电机的运行状态，并可选地通过创建另外的调节环路来调节这些指令，该另外的调节环路添加到由调节器自身局部创建的调节环路。

根据机动车辆制造商，表示与交流发电机的激励电流有关的、作为回应需要的信息的信号是不同的。事实上，某些制造商需要零件制造商设计可以为电子控制单元提供脉宽调制(PWM)的信号的调节器，该PWM信号存在于包括在调节器中的PWM调制器的输出处。其它制造商更喜欢具有直接表示存在于功率MOSFET晶体管(存在于该调节器中)的栅极上的信号并且为交流发电机的激励线圈提供开关电流的信号，而还有的其它制造商更喜欢电子控制单元接收直接表示交流发电机的激励线圈的端子处的激励电压的信号。

这类情况的后果是，由于零件制造商必须连续地适应和修改它们的电路以便满足不同的客户的需要，因而使得零件制造商的任务更困难，并且增大了成本。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种不具有上述缺点的机动车辆交流发电机的电压调节器。

根据本发明的调节器包括：电子调节电路，其可以产生被设计用于交流发电机的激励线圈的激励电流，所述激励电流根据设定电压和在交流发电机电连接到的机动车的电池的端子处测量的输出电压之间的差产生；和用于产生表示该激励电流的信号并且将该信号发送给机动车的电子控制单元的装置。

根据本发明，所述用于产生并发送的装置包括可编程的信号处理接口，其接收表示该激励电流的多个信号作为输入，该接口包括用于从该多个表示信号当中选择表示用于向选择的表示信号施加不同形式的处理的装置的信号的第一装置，和用于选择要被施加于选择的所述表示信号的处理的第二装置，其中选择的表示信号和要被施加的处理是根据编程字而选择的。

根据本发明的优选实施例，表示激励电流的信号是被称为“PWM”的脉宽调制类型的信号。

根据本发明的其它具体特性，所述用于施加不同形式的处理的装置可以包括：

-用于执行限制处理后的表示信号的循环比率(cyclical ration)的处理以及允许该循环比率仅仅在预定的最小值和预定的最大值之间变化的装置；

-用于执行对处理后的表示信号进行滑动平均值的计算的处理的装置；

-用于执行对处理后的表示信号进行低通滤波处理的装置；和/或

-用于执行改变处理后的表示信号的频率的处理的装置。

根据本发明的另一个特性，该接口是数字型的，并且包括用于表示信号的相应转换的具有循环比率的模数转换器和具有循环比率的数模转换器。

根据其它方面，本发明也涉及一种包括如前所述的调节器的机动车辆的交流发电机，以及合并此类交流发电机的机动车辆。

通过阅读下面结合附图对几个特定实施例的描述，本发明的其它优点和特征将更加明显。

附图说明

图1是机动车辆的交流发电机的一般框图，包括电压调节器，其具有根据本发明的特定实施例的可编程的信号处理接口；

图2是显示在图1中的可编程的信号处理接口中实现的循环比率限制函数的曲线；

图3示出了包括在图1中的接口中的平均值电路的实施例；

图4a和4b示出了包括在图1的接口中的平均值电路的两个特定实施例的频谱响应；

图5示出了基于递归等式获得的数字滤波器的图；和

图6a到6d示出了包括在图1中的接口中的低通滤波电路的四个特定实施例的频谱响应。

具体实施方式

参考图1，现在提供包括旋转电机ME、整流器电桥REC和电压调节器1的交流发电机ALT的描述。

电机ME例如是三相类型的，并且包括连接到整流器电桥REC的相应分支(未示出)的相定子绕组。

整流器电桥REC提供为机动车的机载电力网RE供电的电压+Vb，并且保持与网络RE有关的电池BAT被充电。

如图1示意地所示，电机ME包括激励线圈EX，其被容纳在旋转电机ME的转子(未示出)中。

以已知方式，通过对在激励线圈EX中流动的激励电流的平均强度进行内插来调节输出电压+Vb。

根据本发明的交流发电机的电压调节器1的特定实施例如图1所示。

如图1所示，调节器1包括电子调节电路10和可编程的信号处理接口11。

电子调节电路10基本上包括误差计算减法器100、被称为PWM的脉宽调制器101、激励控制电路102、状态机103、以及包括MOSFET晶体管104和续流二极管105的功率级。

减法器100以传统方式计算设定电压SP 106和在交流发电机的正电压端子+处测量的电压+Vb之间的误差，交流发电机的电压输出端子连接到机动车的机载电力网RE的电池BAT。

设定电压SP一般由发动机控制单元3向调节器1提供。调节器1和发动机控制单元3之间的双向通信连接4允许在这两个元件1和3之间交换信息。

提供减法器100计算的误差作为PWM调制器101的输入。

PWM调制器101提供具有调制的脉冲宽度的信号Sp，其循环比率表示减法器100计算的误差。提供信号Sp作为激励控制电路102的输入。

激励控制电路102由状态机103控制，在激励控制电路102中存在控制调节器1的运行的***的逻辑。这类电路是本领域技术人员已知的，这里将不会详细描述。以传统的方式，它可以包括用于根据被设计用于控制MOSFET晶体管104的信号的运行模式进行选择的多路器。此外，被称为驱动器的驱动器电路(诸如负载泵等)在电路102中一般是必需的，以便产生可以驱动晶体管104的栅电极的信号。

如图1所示，激励控制电路102包括两个信号输出端。第一输出驱动晶体管104的栅极。第二输出提供栅极控制图像信号SGp，其直接表示存在于晶体管104的栅极处的信号但是具有被设计用于提供给信号处理接口11的电平。在正常的调节模式中，栅极控制图像信号SGp是以PWM调制的，并且与施加于MOSFET栅极104的信号对应。

以传统的方式，状态机103考虑局部获得的信息(例如，电机ME的温度)和由发动机控制单元3提供的外部信息和指令，并且确定适合于该情况的运行模式。

激励控制电路102实施由状态机103命令的运行模式，例如在电机ME异常高温的情况下限制循环比率。

包括MOSFET晶体管104和续流二极管105的功率级如图1示意地所示。

在具有P型MOSFET晶体管和所谓的高边(high-side)组件的此特定实施例中，晶体管104的源电极连接到电压+Vb，晶体管的漏电极既连接到续流二极管105的阴极又连接到激励线圈EX的一端。续流二极管105的阳极与激励线圈EX的另一端一起连接到地。

产生以晶体管104的漏极、续流二极管105的阴极和线圈EX的相应的连接端之间的连接点的电平的所谓的激励信号Sexc。

如图1所示，提供信号Sp、SGp和Sexc作为可编程的信号处理接口11的输入。

还如图1所示，可编程的信号处理接口11基本上包括输入选择电路110、信号处理电路111、输出选择电路112、驱动器113和晶体管114。

晶体管114被适配成开路集电极或开路漏极，并且提供激励返回信号Srex作为输出，该激励返回信号Srex通过通信连接4被发送到发动机控制单元3。

输入选择电路110是具有3个输入端和1个输出端的多路器。输入选择电路110的输入端分别接收信号Sp、SGp和Sexc。电路110提供与从信号Sp、SGp和Sexc当中选择出的信号对应的信号SS作为输出。

编程字MP＝<<B0B1B2B3B4B5B6>>的位B0和B1施加于输入选择电路110，并且通过它们的状态确定存在于电路110的输出端处的选择的信号SS＝Sp、SS＝SGp或SS＝Sexc。编程字MP存储在接口11中，并且允许根据涉及的应用配置该接口。

下表指示基于位B0、B1执行的选择的示例：

B0	B1	选择的信号SS
			0	0	信号Sp
		信号SGp
					信号Sexc
1	1	保留的组合

信号处理电路111包括循环比率模数转换器1110、循环比率限制电路1111、平均、滤波和抽选电路1112、以及循环比率数模转换器1113。

循环比率模数转换器1110将由输入选择电路110提供的模拟信号SS转换成数字信号DCs0，该数字信号DCs0由表示信号SS的循环比率的时间值的一连串二进制字形成。数字信号DCs0被设计为由下游数字电路处理。

循环比率限制电路1111包括比较器C11和多路器MU11。

比较器C11接收数字信号DCs0作为输入，并且执行数字信号DCs0的循环比率与最小参考值％MinRef和最大参考值％MaxRef的双重比较。

比较器C11的第一和第二输出端提供位A0和A1，其二进制状态分别表示比较结果：

A0＝<<1>>＝＞DCs0＞％MinRef

A1＝<<1>>＝＞DCs0＞％MaxRef

上述比较结果由循环比率限制电路1111在第一运行模式下使用，第一运行模式是交流发电机ALT的正常的运行模式。在此第一模式中，值％MinRef和％MaxRef定义影响发动机控制单元3的值的窗口。此外，信号的循环比率的此低和高极限％MinRef和％MaxRef具有保持在通信连接4的返回路线上(在朝着发动机控制单元3的方向上)具有活性(activity)的信号的优点，因而防止在循环比率为0或100％的情况下不产生信号的问题。这里应当注意，信号的此活性允许单元3检测连接的良好连续性，并且检测后者正在实际上工作的事实。

如图1所示，多路器MU11包括4个数据输入端口和1个数据输出端口以及分别接收位A0、A1和位A2的3个选择输入端。

多路器MU11的4个数据输入端口分别接收数字信号DCs0和预定的数字值％DCmin、％DCmax和％F。

MU11的数据输出具有参考DCs1，并且根据选择输入A0、A1和A2的状态变得等于存在于数据输入端口处的4个输入中的一个。

如上所述，位A0和A1的状态由电路C11中进行的比较来确定。位A2是模式选择位，其二进制状态“0”或“1”由状态机103确定。下表指示根据位A0到A2的状态的输出DCs1。

比较C11	A0	A1	A2	DCs1
					DCs0＜％MinRef	0	0	0	％DCmin
％MinRef＜DCs0＜％MaxRef	1	0	0	DCs0
					DCs0＞％MaxRef	1	1	0	％DCmax

x

x

1

％F

该表中的字母“x”指示涉及的位的“无关”的状态。

电路111在第一运行模式(A2＝”0”)下执行的功能由图2中的曲线示出。

一般说来并且在此特定实施例中，极限值％DCmin和％DCmax分别等于％MinRef和％MaxRef，以便为发动机控制单元3提供激励返回信号，该激励返回信号是极限值％MinRef＝％DCmin和％MaxRef＝％DCmax当中的真实情况的镜像。但是，不排除在本发明的某些应用中，值％MinRef、％MaxRef和％DCmin、％DCmax可能不同，例如通过一个比例系数。

位A2＝“0”选择第一运行模式，这里将更具体地描述。

位A2＝“1”选择第二运行模式，其由状态机103确定。例如当从发动机控制单元3接收到指令或相应的信息时，选择此第二运行模式。

此第二运行模式可以对应于机动车的特定运行阶段，诸如例如发动机控制单元3命令禁止交流发电机ALT以便防止从热力发动机的轴聚集机械转矩的阶段。在这种情况下，在发动机控制单元3和调节器1之间议定的通信协议可以包括由调节器1向发动机控制单元3发送预定的确认值，以便向单元3指示它的与此第二运行模式有关的指令已被考虑。此预定的确认值在图1中用值％F表示。

将理解，本发明不仅仅局限于先前描述的此第二运行模式，而是可以包括其它不同的第二运行模式，其将由几个A2类型的位选择，％F类型的其它不同的预定的确认值的发送可以与之对应。

如图1所示，提供由循环比率限制电路1111提供的数字信号DCs1作为平均、滤波和抽选电路1112的输入。

电路1112的功能是通过平均、滤波和/或抽选来执行信号DCs1的处理。执行的处理的精确性质由编程字MP＝<<B0B1B2B3B4B5B6>>的位B2到B5的各个状态确定。

电路1112基本上包括平均电路C130、第一低通滤波电路C131、抽选电路C132、第二低通滤波电路C133和具有2个数据输入端口和1个数据输出端口的类型的多路器MU130、MU131、MU132和MU133。

多路器MU130、MU131、MU132和MU133在相应的选择输入端处分别接收编程位B2、B3、B4和B5。

信号DCs1施加于平均电路C130的数据输入端口和多路器MU130的第一数据输入端口。多路器MU130的第二数据输入端口接收信号DCs1作为输入。

多路器MU130经由它的数据输出端口提供数字信号DCs2。根据编程位B2的状态，多路器MU130经由它的数据输出端口提供与由MU11提供的信号DCs1对应的信号DC2S或与在由平均电路C130处理之后的信号DCs1对应的信号DCs2。

信号DCs2施加于第一低通滤波电路C131的数据输入端口和多路器MU131的第一数据输入端口。多路器MU131的第二数据输入端口接收信号DCs2作为输入。

多路器MU131经由它的数据输出端口提供数字信号DCs3。根据编程位B3的状态，多路器MU131经由它的数据输出端口提供与信号DCs2对应的信号DCs3或与在由第一低通滤波器电路C131处理之后的信号DCs2对应的信号DCs3。

信号DCs3施加于抽选电路C132的数据输入端口和多路器MU132的第一数据输入端口。多路器MU132的第二数据输入端口接收信号DCs3作为输入。

多路器MU132经由它的数据输出端口提供数字信号DCs4。根据编程位B4的状态，多路器MU132经由它的数据输出端口提供与信号DCs3对应的信号DCs4或与在由抽选电路C132处理之后的信号DCs3对应的信号DCs4。

信号DCs4施加于第二低通滤波电路C133的数据输入端口和多路器MU133的第一数据输入端口。多路器MU133的第二数据输入端口接收信号DCs4作为输入。

多路器MU133经由它的数据输出端口提供数字信号DCs5。根据编程位B5的状态，多路器MU133经由它的数据输出端口提供与信号DCs4对应的信号DCs5或与在由第二低通滤波器电路C133处理之后的信号DCs4对应的信号DCs5。

数字信号DCs5构成平均、滤波和抽选电路1112的输出信号。此数字信号DCs5然后由循环比率数模转换器1113处理，其执行由转换器1110执行的处理的逆向处理，并且提供处理后的模拟激励返回信号SSt作为输出。

模拟信号SSt直接提供给输出选择多路器112的第一输入端，并且经由反相器1120提供给多路器112的第二输入端。编程字MP的位B6施加于多路器112的选择输入端，并且确定多路器112的输出是信号SSt还是它的反相信号SSt/。多路器112允许处理后的信号的反相作为输出，以便最后向通信连接4发送发动机控制单元3预期的波形。

驱动器电路113接收由多路器112提供的信号SSt或SSt/，并且提供被设计为驱动晶体管114的栅电极的信号。晶体管114被适配为集电极开路，并且经由通信连接4向发动机控制单元3发送处理后的激励返回信号。

在下面的段落中描述平均、滤波和抽选电路1112的功能。

图3示出了被设计用于本发明的平均电路C130的实施例。在此图中，标号“fe”对应于频率抽样信号fe，输入数据被指定为X，输出数据被指定为“Y”，并且索引“n”标识在数据的时间序列中涉及的数据的项。

图3中的平均电路C130是本领域技术人员所知的数字滤波器，其根据以下递归公式提供滑动平均值：

Y_n＝(1/2²).(1+X_n-1+X_n-2+X_n-3).

在电路1112当中，电路C130具有具体地衰减信号CDss1的部分频谱的功能，该部分可以是***的以用于位于处理链路的下游的抽选电路C132的功能。

电路C130具有它保持大的通带以用于处理后的信号的特定特征，同时允许有力抑制抽选电路C132的时钟频率(Fc)和该时钟频率除以2(Fc/2)的频率。

图4a示出了平均电路C130获得的频谱响应的示例，在以下定义的情况下，对于4/4的平均：

-fe＝375Hz

-M＝3个延迟单元(在图3中用块Z^-1表示)

-传递函数(变换成z)：

$\mathrm{FT}\left(u\right)=\frac{\underset{i=0}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}Z{\left(u\right)}^{-1}}{4}$ $Z\left(u\right)=\exp (2\mathrm{\&pi;}.i.u;\frac{1}{\mathrm{fe}})$

根据上述示例，用于抽选电路C132的时钟频率Fc将有利地等于187.5Hz。获得在93.75Hz处的抑制(比较图4a)。

图4b示出了平均电路C130获得的频谱响应的另一个示例，在以下定义的情况下，对于6/4的平均：

-fe＝375Hz

-M＝5个延迟单元

-与上面相同的传递函数。

根据此示例，用于抽选电路C132的时钟频率Fc将有利地等于125Hz。获得在62.5Hz处的抑制(比较图4b)。此实施例在低频处提供3.1db的增益。

更具体地参考图5和6a到6d，现在给出用滤波电路C131和C133执行的低通滤波功能的描述。

设计低通滤波功能以便限制处理后的信号的通带从而保证与发动机控制单元3的通带的良好兼容性。

执行的滤波的传递函数用以下等式作为示例给出：

$\mathrm{FT}\left(u\right)=\frac{a}{1-(1-a)z{\left(u\right)}^{-1}}$

并且递归等式变为：

$Y_n=a(X_n+\frac{1}{a}{Y}_{n-1}-Y_{n-1})$

其中X表示输入数据，Y表示输出数据。

图5示出了基于上述递归等式获得的数字滤波器的图。

下表示出了基于上述递归等式执行的滤波的四个示例。对于这些不同的示例，选择的采样频率Fs等于250Hz。获得的截止频率的范围从2.5Hz到28.7Hz。

该表的1到4行分别对应于系数“a”的值1/2⁴＝0.0625、1/2³＝0.125、1/2²＝0.25和1/2＝0.5，并且对应于图6a到6d所示的频谱响应。

将理解，其它滤波是可以的，并且在本领域技术人员的范围之内，本领域技术人员会选择最适合于预计的应用的滤波。

就涉及的抽选电路C132而言，这是在处理后的信号必需改变频率(分频)时才引入到处理链路中。事实上，在某些应用中，发动机控制单元3可能需要激励返回信号的频率低于真实信号的频率。电路C132传统上通过接收频率时钟信号Fc的计数器产生。

一般说来，基本上根据使得可以响应于与对信号进行采样的技术有关的约束条件的第一和第二运行配置来对平均、滤波和抽选电路1112进行编程。这些约束条件是本领域技术人员所知的，这里将不会描述。

根据电路1112的第一配置，在处理后的信号中不实施分频。该信号然后用平均电路C130和低通滤波电路C131处理，然后直接提供给信号处理链路的输出，以便用转换器1113转换成模拟信号SSt。多路器MU130、MU131、MU132和MU133分别由位B2、B3、B4和B5控制，以使得信号实际上仅仅受益于电路C130和C131的处理。

根据电路1112的第二配置，在处理后的信号中实施分频。该信号然后用平均电路C130、抽选电路C132和低通滤波电路C133处理，然后直接提供给信号处理链路的输出，以便由转换器1113转换成模拟信号SSt。多路器MU130、MU131、MU132和MU133分别由位B2、B3、B4和B5控制，以使得信号实际上仅仅受益于电路C130、C132和C133的处理。

将理解，其它配置是可以的，并且可以由本领域技术人员实施以便响应于某些应用的需要。将理解，本发明不局限于先前描述的特定实施例，并且合并包括在所附权利要求书的范围中的所有变形。

Claims (9)

1.一种用于机动车交流发电机的电压调节器，包括：电子调节电路（10），其可以产生被设计用于交流发电机（ALT）的激励线圈（EX）的激励电流（Sexc），所述激励电流（Sexc）根据设定电压（SP）和在所述交流发电机（ALT）电连接到的所述机动车的电池（BAT）的端子处测量的输出电压（+Vb）之间的差而产生；和用于产生表示所述激励电流的信号（SS；Sp、SGp、Sexc）并且将所述信号发送给所述机动车的电子控制单元（3）的装置，其特征在于，所述用于产生和发送的装置包括可编程的信号处理接口（11），其接收表示所述激励电流的多个信号（Sp、SGp、Sexc）作为输入，其中所述接口（11）包括第一装置（110），用于从所述多个信号（Sp、SGp、Sexc）当中选择表示向选择的表示信号（SS）施加不同形式的处理的装置（111）的信号（SS），以及第二装置（MU130到MU133），用于选择要被施加于所述选择的表示信号（SS）的处理，其中所述选择的表示信号（SS）和所述要被施加的处理是根据编程字（MP）选择的。

2.根据权利要求1所述的调节器，其特征在于，所述表示所述激励电流的信号（SS；Sp、SGp、Sexc）是被称为“PWM”的脉宽调制类型的信号。

3.根据权利要求1或2所述的调节器，其特征在于，所述施加不同形式的处理的装置包括用于执行限制处理后的所述表示信号的循环比率的处理以及允许所述循环比率仅仅在预定的最小值（%DCmin）和预定的最大值（%DCmax）之间变化的装置（1111）。

4.根据权利要求1或2所述的调节器，其特征在于，所述施加不同形式的处理的装置包括用于执行对所述处理后的表示信号计算滑动平均值的处理的装置（C130）。

5.根据权利要求1或2所述的调节器，其特征在于，所述施加不同形式的处理的装置包括用于对所述处理后的表示信号执行低通滤波处理的装置（C131、C132）。

6.根据权利要求1或2所述的调节器，其特征在于，所述施加不同形式的处理的装置包括用于执行改变所述处理后的表示信号的频率的处理的装置（C132）。

7.根据权利要求1或2所述的调节器，其特征在于，所述接口（11）是数字型的，并且包括具有循环比率的模数转换器（1110）和具有循环比率的数模转换器（1113），用于对所述表示信号进行相应的转换。

8.一种机动车的交流发电机，其特征在于，它包括根据权利要求1到7中的任何一个所述的调节器（1）。

9.一种机动车，其特征在于，它包括根据权利要求8所述的交流发电机（ALT）。