專利名稱：電壓下降防止設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用輕度混合動力系統(tǒng)來防止在車輛發(fā)動機發(fā)動過程 中電壓下降的設備和方法。
背景技術：
在典型的輕度混合動力車輛中，內(nèi)燃機提供推動車輛所必需的能 量，發(fā)動機設置成在車輛空轉或靜止時關閉。這樣，可以節(jié)約燃料，特 別是在走走停停的交通狀況下。當司機踩下加速器踏板來發(fā)動輕度混合
動力車輛時，連接于12伏輔助電池的電驅動電機提供在發(fā)動和起動發(fā) 動機所需的時間內(nèi)持續(xù)的能量初始爆發(fā)，該時期大約為400至500毫秒 (ms)。這種輕度混合動力設計中使用的驅動電機不像傳統(tǒng)的或者"全" 混合動力車輛一樣獨立于發(fā)動機來對車輛提供動力。但是，由于某些目 的依然需要輕度混合動力車輛，因為這些車輛可以用于提供例如再生制 動和/或空轉停止能力，同時減小所需發(fā)動機尺寸。
12伏輔助電池提供必需的直流(DC)電壓和用于發(fā)動發(fā)動機所需 的相關DC電流，并且還提供由各種車輛系統(tǒng)，例如前燈、內(nèi)燈和雨刷 系統(tǒng)使用的足夠的輔助DC電壓。但是，因為在發(fā)動發(fā)動機過程中電池 承受的較高的電力負載，供給輔助系統(tǒng)的電壓量會出現(xiàn)暫時或短暫的降 低。這種電壓的降低，此后稱作"電壓下降"，通常持續(xù)如上所述的發(fā) 動和起動發(fā)動機所需的相同的400至500 ms的時間。如果這種電壓下 降超過閾值水平，車輛操作者或乘客會感覺到其效果。例如，前燈或內(nèi) 燈會瞬間變暗，和/或擋風雨刷速度會暫時降低或暫停。雖然專用的第 二電池會提供足夠的發(fā)動輔助電壓量來允許輔助電池對輔助系統(tǒng)供應 基本恒定的電壓，由于增加的尺寸、重量和成本，多一個同樣的電池并 非最為理想。
發(fā)明內(nèi)容
因此，提供了一種車輛，具有發(fā)動機；控制器；能量存儲裝置(ESD); 電壓轉換器；和電壓下降防止裝置，用于防止車輛上的輔助車輛系統(tǒng)內(nèi)的電壓下降。控制器在車輛靜止時關閉發(fā)動機，而電機/發(fā)電機在車輛
開動時發(fā)動和起動發(fā)動機。ESD提供直流(DC)輔助電壓，電壓轉換器 在發(fā)動機的發(fā)動和起動過程中將DC輔助電壓轉換成足以對電機/發(fā)電 機供能的交流(AC)電壓。
在本發(fā)明的一方面中，電壓下降防止裝置電連接于ESD和電壓轉換 器，并且在發(fā)動機的發(fā)動和起動過程中用于將DC發(fā)動支持電壓隔離于 DC輔助電壓。
在本發(fā)明的另一方面中，電壓下降防止裝置包含變壓器、電壓整流 器/調節(jié)器和電壓隔離裝置。
在本發(fā)明的另一方面中，電壓隔離裝置包含在發(fā)動機的發(fā)動和起動 過程中打開的機械繼電器裝置。
在本發(fā)明的另一方面中，電壓隔離裝置包含第一和第二場效應晶體 管(FET )。在發(fā)動機的發(fā)動和起動過程中第一 FET停用而第二 FET激活。
在本發(fā)明的另一方面中，輔助系統(tǒng)是選自前燈、擋風雨刷、內(nèi)燈和 無線電裝置的12伏輔助系統(tǒng)。
在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種防止在輕度混合動力車輛上的 輔助車輛系統(tǒng)中的電壓下降的設備，該設備包括DC-至-AC電壓轉換
器，用于提供足以對電機/發(fā)電機供能的交流(AC)電壓；和電壓下降 防止裝置，用于從AC電壓產(chǎn)生DC發(fā)動支持電壓，并用于在發(fā)動機的發(fā) 動和起動過程中將DC發(fā)動支持電壓隔離于DC輔助電壓。隔離的DC發(fā) 動支持電壓在完成發(fā)動機的發(fā)動和起動所需的瞬時持續(xù)期間對輔助車 輛系統(tǒng)供能。
在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種防止車輛的輔助車輛系統(tǒng)中的 電壓下降的方法，該車輛具有用于提供輔助電壓的電池；設置成在車 輛空閑時關閉的發(fā)動機；和用于發(fā)動和起動發(fā)動機的電機。該方法包括 檢測受到指令的發(fā)動機的發(fā)動和起動；在檢測到受到指令的發(fā)動機的發(fā) 動和起動時測量輔助電壓；以及將測量的輔助電壓與存儲的閾值電壓相 比較。該方法還包括當測量的輔助電壓低于存儲的閾值電壓時將預定 量的DC發(fā)動支持電壓與輔助電壓隔離，使用隔離的預定量的DC發(fā)動支 持電壓對輔助車輛系統(tǒng)供能。
在本發(fā)明的另一方面中，該方法包括檢測發(fā)動機的發(fā)動和起動的車輛系統(tǒng)供能。
通過以下結合附圖對實施本發(fā)明的最佳方式的詳細描述，本發(fā)明的 上述特征和其它特征以及優(yōu)點就會很明顯。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有電壓下降防止裝置的輕度混合動力車輛
的示意圖2A是用于電壓下降防止裝置的機械電壓隔離裝置的示意圖； 圖2B是用于圖2A的電壓下降防止裝置的替代性靜態(tài)(solid state)電壓隔離裝置的示意圖；以及
圖3是描述防止輕度混合動力車輛中電壓下降的方法或算法的流程圖。
具體實施例方式
參照附圖，其中相似的標記指代相似的部件，自圖l開始，示出了 輕度混合動力車輛10的示意圖。車輛10具有發(fā)動機12，發(fā)動機12有 效連接于電機/發(fā)電機14,簡明起見此后縮略為M/G 14。 M/G 14用于 在車輛10從靜止或空轉狀態(tài)的開動過程中發(fā)動或起動發(fā)動機12。發(fā)動 機12驅動地連接于傳動部件26的輸入部件21，并且也連接于最終驅 動系統(tǒng)28，從而推動車輛10。
M/G 14電連接于能量存儲裝置(ESD) 13，例如可再充的單個電池 或電池組。ESD 13適于當M/G 14用作發(fā)電機時存儲來自M/G 14的能 量，當發(fā)動機12產(chǎn)生過多能量時存儲來自發(fā)動機12的能量，和/或當 車輛制動力正在被回收時(being recuperated)存儲來自再生制動的 能量。同樣，根據(jù)需要，M/G 14還適于在M/G 14用作電機時，特別是 在M/G 14用于發(fā)動和起動發(fā)動機12時接收來自ESD 13的能量。
電控制單元或控制器24與M/G 14、發(fā)動機12和ESD 13以及電壓 下降防止裝置11或VSPD11的一個或多個不同部件相聯(lián)，如此后所述。 控制器24可以被編程和/或設置成包含混合控制模塊、發(fā)動機控制模 塊、傳動裝置控制模塊、電機/發(fā)電機控制模塊和/或任何必需的電子驅 動裝置或電力電路，以及電壓隔離電路控制方法或算法100，如下所述 和圖3所示。
ESD 13通常設置為12伏直流(DC)能量存儲裝置例如DC電池， 但是其它電壓水平和能量存儲裝置也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。M/G 14優(yōu)選是三相交流(AC)裝置。ESD 13因此通過變換器18連接于M/G 14。變 換器18適于將ESD13提供的直流(DC)輔助電壓，此后縮略為VDCAUX， 轉換成M/G 14可用的三相交流(AC)輸出，此后縮略為VACm。因此， 在發(fā)動和起動發(fā)動機12的過程中，來自ESD 13的DC輔助電壓(VDCAUX) 通過變換器18抽出或引出并在其中轉換成具有預定相和幅度的合適的 AC輔助電壓(VACm),從而適于對M/G 14供能。
例如在車輛10空轉或發(fā)動機12關閉以節(jié)約燃料時，車輛10操作 者踩下加速器踏板或其它加速裝置(未示出)會啟動發(fā)動機12的發(fā)動 和起動事件，對控制器24產(chǎn)生預定信號或輸入狀態(tài)，從而警示控制器 24來激活本發(fā)明的電壓下降防止裝置(VSPD) 11。 VSPD11包含變壓器 16、電壓整流器/調節(jié)器20和電壓隔離器22，并且用于將可能下降的 DC發(fā)動支持電壓，縮略為VDCc，選擇性地隔離于ESD 13供應的DC輔 助電壓(VDCAUX)，這會被進一步詳細地描述。
仍然參照圖1,變壓器16是本領域已知類型的AC-至-AC變壓器， 并用于接收作為輸入的、來自轉換器18的AC輔助電壓(VACAUX)，如上 所述。根據(jù)需要，變壓器16隨后將AC輔助電壓(VACm)轉變成合適 幅度和頻率的單相或多相AC發(fā)動支持電壓，該轉變的AC發(fā)動支持電壓 此后縮略為VAC" AC發(fā)動支持電壓(VACc)隨后供給整流器/調節(jié)器20。
在整流器/調節(jié)器20內(nèi)，轉變的AC發(fā)動支持電壓(VACc)被轉換 成合適的DC發(fā)動支持電壓，縮略為VDCc。有許多提供這種功能的傳統(tǒng) 的、低成本的整流裝置，例如標準的橋式整流裝置。整流器/調節(jié)器20 還用于將DC發(fā)動支持電壓(VDCc)與校準值比較并根據(jù)需要調節(jié)DC發(fā) 動支持電壓(VDCc)的特性以有效地維持校準值?？梢赃x擇該校準值， 使幅度在M/G 14所需的發(fā)動和起動發(fā)動機12期間的400至500毫秒的 過程中足以對車輛IO上的一個或多個所需的輔助系統(tǒng)40供能，如先前 所述。
DC發(fā)動支持電壓(VDCc)隨后供給隔離器22，隔離器22用于在發(fā) 動和起動事件的過程中使DC發(fā)動支持電壓(VDCc)隔離于ESD 13提供 的輔助電壓供應(VDCm)，隔離的DC發(fā)動支持電壓在圖1中和此后縮 略為(VDCCI)。因此，通過在發(fā)動機12的發(fā)動和起動過程中使DC發(fā)動 支持電壓(VDCc)隔離于輔助電壓供應(VDCmjx)， 一個或多個選擇的輔 助系統(tǒng)40可以從隔離的DC發(fā)動支持電壓(VDCCI)引出能量，而不是以常見方式從ESD 13輸出的主VDCm來引出能量。DC輔助電壓(VDCaux) 隨后可以通過車輛10上的變換器18來對發(fā)動機12的發(fā)動和起動供能， 以及對沒有具體包含在輔助系統(tǒng)40 (即認為對電壓下降尤其敏感的那 些選定的輔助系統(tǒng))內(nèi)的、車輛IO上的其它輔助系統(tǒng)供能。
參看圖l右下部分的插圖，代表性的一組輔助系統(tǒng)40可以包含已 知對電壓突降或下降尤其敏感的一個或多個車輛系統(tǒng)或裝置，例如前燈 42、雨刷44和/或內(nèi)燈46.響應于電壓供應的瞬時下降，會察覺到照 明裝置例如前燈42和內(nèi)燈46變暗，或者雨刷44暫?；蚋淖兯俣?。但 是，其它輔助裝置會不以可察覺的方式響應于這種電壓下降，因此可以 省略于由隔離的DC發(fā)動支持電壓(VDCCI)供能的輔助系統(tǒng)40。通過這 樣限制由隔離的DC發(fā)動支持電壓(VDCn)選擇性供能的輔助系統(tǒng)40來 選擇電壓下降敏感裝置的組群，可以最小化VSPDll的總能量需求，并 可以優(yōu)化和/或減少部件的尺寸和/或成本。
參看圖2A，圖1的隔離器22的一個實施例被示作隔離器22A,隔 離器22A使用可選擇性控制的機械裝置，例如電致動的機械繼電器35 來提供有源電壓隔離。通過編程或存儲在控制器24內(nèi)的控制邏輯 (LOGIC)來選擇性控制繼電器35的致動(見圖1)。繼電器35通常關 閉，輔助系統(tǒng)40由來自ESD 13的DC輔助電壓(VDCAUX)直接供能。當 繼電器35響應于發(fā)動機12受到指令或已經(jīng)啟動的發(fā)動和起動 (commanded or initiated cranking and starting of the engine) 而自動打開時，輔助系統(tǒng)40使用隔離的DC發(fā)動支持電壓(VDCCI)而被 直接供能，打開時繼電器35切斷來自BSD 13的DC輔助電壓(VDCAUX )。
為了從DC輔助電壓(VDCm )最佳地隔離出DC發(fā)動支持電壓(VDCC ) 來作為隔離的DC發(fā)動支持電壓(VDCei),繼電器35可以與電容器34并 聯(lián)設置，在從ESD13切換到隔離的DC發(fā)動支持電壓(VDCCI)時對輔助 系統(tǒng)40提供用于瞬時能量獲得能力的足夠定時緩沖。在完成發(fā)動和起 動事件后繼電器35隨之關閉，輔助系統(tǒng)40再次由ESD13提供的DC輔 助電壓(VDCAUX)供能。
參看圖2B，示出了隔離器22B的另一個實施例，使用一對可選擇 性控制的場效應晶體管或FET 38來提供有源隔離。來自控制器24的控 制邏輯(LOGIC)(見圖1)可以包含"非"邏輯門41或邏輯轉換器來 保證僅有一個FET 38在給定瞬間(given instant)為"是"或有效。采用這種方式，可以選擇性控制這對FET 38來在一個FET 38有效時通 過DC輔助電壓(VDCAUX)對輔助系統(tǒng)40供能，并在另一個FET 38有效 時通過隔離的DC發(fā)動支持電壓(VDCCI)對輔助系統(tǒng)40供能。雖然可以 在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用另外的電壓隔離裝置來替代圖2A和圖2B的實施 例，例如使用一個或多個二極管的無源隔離，但圖2A和圖2B的優(yōu)選實 施例提供的更加有力的有源隔離是優(yōu)選的，這是因為這類有源控制的裝 置可以提供增強的可控性和更佳的能量、成本和/或尺寸優(yōu)點。
參看圖3,示出的方法或算法IOO用于最小化在輕度混合動力車輛 中的電壓下降(見圖1),如前所述。算法100可以被編程、記錄或者 以其它方式存儲在控制器24的存儲器(未示出)內(nèi)，并適于檢測或判 斷預定操作條件的存在，該預定操作條件表示發(fā)動機12受到指令的發(fā) 動和起動。在以下各步驟中，車輛IO的各種部件示于圖1中，除非他 處另有注明。
從步驟102開始，算法100停用電壓下降防止裝置或VSPD 11來作 為初始或零位步驟。算法100隨后前進至步驟104。
在步驟104,控制器24檢測或者以其它方式判斷發(fā)動機發(fā)動和起 動事件是否在當前已經(jīng)啟動或受到指令。如果發(fā)動機發(fā)動和起動事件已 經(jīng)啟動，算法IOO前進至步驟108，否則算法IOO前進至步驟106。
在步驟106，算法100通過ESD 13，即通過DC輔助電壓(VDCAUX) 對輔助系統(tǒng)40供能。算法隨后在連續(xù)的控制環(huán)路內(nèi)重復步驟104，直 至算法IOO檢測或者判斷出發(fā)動機12的發(fā)動和起動已經(jīng)啟動或受到指 令，此時算法IOO前進至步驟108。
在步驟108，算法將來自ESD13的DC輔助電壓(VDCam)與預定的 閾值電壓(在圖3中縮略作"閾值")比較。該閾值電壓是預定的電壓， 如果低于該預定的電壓，在至少一個選定的輔助系統(tǒng)40 (也參見圖1) 中會發(fā)生或出現(xiàn)可察覺的電壓下降。如果在步驟108判斷出DC輔助電 壓VDC,超過存儲的閾值電壓，則算法重復步驟106。否則，算法100 前進至步驟110。
在步驟110，算法100響應于步驟108的判斷——DC輔助電壓 (VDCm)不超過存儲的閾值電壓——激活VSPDll。算法100隨后前進 至步驟112。
在步驟112，算法100使用隔離的DC發(fā)動支持電壓(VDCn)對選定的輔助系統(tǒng)40 (也參見圖1)供能，從而允許發(fā)動機U通過ESD 13 提供的DC輔助電壓(VDCm)被發(fā)動和起動。算法IOO隨后前進至步驟 114。
在步驟114，算法100檢測或判斷在步驟104檢測的發(fā)動機l2的 發(fā)動和起動是否完成，即發(fā)動機12是否已經(jīng)起動和運行。如果發(fā)動機 12已經(jīng)起動，算法IOO返回步驟102，如上所述。在返回步驟102之前， 算法IOO繼續(xù)使用隔離的DC發(fā)動支持電壓(VDCd )對輔助系統(tǒng)40供能， 直至在步驟114已經(jīng)判斷出發(fā)動機起動完成。
如上參照圖2A和2B所述，通過算法100，將DC發(fā)動支持電壓(VDCCI) 與DC輔助電壓(VDCm)隔離包括在DC輔助電壓(VDCAUX)低于所述 存儲的閾值電壓時打開機械繼電器裝置35 (見圖2A)，或者在DC輔助 電壓(VDCAUX)低于所述存儲的閾值電壓時激活場效應晶體管(FET) 38 (見圖2B)。
雖然已經(jīng)詳細描述了實施本發(fā)明的最佳方式，本領域技術人員會認 識到在所附權利要求范圍內(nèi)的實施本發(fā)明的各種替代性設計和實施例。
權利要求
1. 一種車輛，包括發(fā)動機；控制器，適于在車輛靜止時選擇性關閉所述發(fā)動機；電機/發(fā)電機，用于在車輛從所述靜止開動時發(fā)動和起動所述發(fā)動機；能量存儲裝置(ESD)，用于提供直流(DC)輔助電壓；電壓轉換器，用于在所述發(fā)動機的所述發(fā)動和起動過程中將所述直流(DC)輔助電壓轉換成用于對所述電機/發(fā)電機供能的交流(AC)電壓；和電壓下降防止裝置，電連接于所述ESD和所述電壓轉換器；其中所述電壓下降防止裝置用于在所述發(fā)動機的所述發(fā)動和起動過程中將DC發(fā)動支持電壓隔離于所述DC輔助電壓以防止供給至少一個輔助車輛系統(tǒng)的電壓下降。
2. 權利要求1的車輛，其中所述電壓下降防止裝置包含變壓器、 電壓整流器/調節(jié)器和電壓隔離裝置。
3. 權利要求2的車輛，其中所述電壓隔離裝置包含與所述控制器 電連通的可選擇性致動的機械繼電器裝置，所述機械繼電器裝置設置成 在所述發(fā)動機的所述發(fā)動和起動過程中打開，由此提供所述DC發(fā)動支 持電壓與所述DC輔助電壓的所述隔離。
4. 權利要求2的車輛，其中所述電壓隔離裝置包含與所述控制器 電連通的第一和第二場效應晶體管(FET)，其中在所述發(fā)動機的所述發(fā) 動和起動過程中所述笫一 FET停用而所述第二 FET激活，由此提供所述 DC發(fā)動支持電壓與所述DC輔助電壓的所述隔離。
5. 權利要求1的車輛，其中所述至少一個輔助車輛系統(tǒng)是選自前 燈、擋風雨刷、內(nèi)燈和無線電裝置的12伏輔助系統(tǒng)。
6. —種防止在輕度混合動力車輛上的輔助車輛系統(tǒng)中的電壓下降 的設備，該車輛具有發(fā)動機、電機/發(fā)電機和用于對電機/發(fā)電機供能的 12伏電池，所述設備包括電壓轉換器，用于將來自所述12伏電池的直流(DC)輔助電壓轉換成足以對所述電機/發(fā)電機供能的交流(AC)電壓；和電壓下降防止裝置，用于從所述AC相電壓輸出產(chǎn)生DC發(fā)動支持電壓，并用于在發(fā)動機的發(fā)動和起動過程中將所述DC發(fā)動支持電壓隔離于所述DC輔助電壓；其中所述隔離的DC發(fā)動支持電壓適于在完成發(fā)動機的所述發(fā)動和起動所需的瞬時持續(xù)期間對所述至少一個輔助車輛系統(tǒng)供能。
7. 權利要求6的設備，其中所述電壓下降防止裝置包含AC-至-AC變壓器、AC-至-DC電壓整流器/調節(jié)器以及電壓隔離器。
8. 權利要求7的設備，其中所述電壓隔離裝置包含與所述控制器 電連通的可選擇性致動的機械繼電器裝置，所述機械繼電器裝置設置成 在發(fā)動機的所述發(fā)動和起動過程中打開，由此提供所述DC發(fā)動支持電 壓與所述DC輔助電壓的所述隔離。
9. 權利要求7的設備，其中所述電壓隔離裝置包含與所述控制器 電連通的笫一和笫二場效應晶體管(FET)，其中在發(fā)動機的所述發(fā)動和 起動過程中所述第一 FET停用而所述第二 FET激活，由此提供所述DC 發(fā)動支持電壓與所述DC輔助電壓的所述隔離。
10. —種防止車輛的輔助車輛系統(tǒng)中的電壓下降的方法，該車輛具 有用于提供輔助電壓的電池；設置成在車輛空閑時關閉的發(fā)動機；和 用于發(fā)動和起動發(fā)動機的電機，所述方法包括檢測受到指令的發(fā)動機的發(fā)動和起動；在檢測到所述受到指令的發(fā)動機的發(fā)動和起動時測量所述輔助電壓；將所述測量的輔助電壓與存儲的閾值電壓相比較； 當所述測量的輔助電壓低于所述存儲的閾值電壓時將預定量的DC 發(fā)動支持電壓與所述DC輔助電壓隔離，所述預定量的DC發(fā)動支持電壓足以在發(fā)動機的所述發(fā)動和起動過程中對所述輔助車輛系統(tǒng)供能；以及使用所述隔離的預定量的DC發(fā)動支持電壓對所述輔助車輛系統(tǒng)供能。
11. 權利要求10的方法，還包括檢測所述發(fā)動機的所述發(fā)動和起動的完成；以及當檢測到發(fā)動機的所述發(fā)動和起動的所述完成時使用來自所述輔 助電壓的輔助電壓對所述輔助車輛系統(tǒng)供能。
12. 權利要求10的方法，其中將DC發(fā)動支持電壓與所述輔助電壓 的所述隔離包含在所述輔助電壓低于所述存儲的閾值電壓時打開機械 繼電器裝置。
13. 權利要求10的方法，其中將DC發(fā)動支持電壓與所述輔助電壓 的所述隔離包含在所述輔助電壓低于所述存儲的閣值電壓時選擇性激 活一個場效應晶體管。
全文摘要
電壓下降防止設備和方法一種車輛，包括發(fā)動機；控制器，適于在車輛空閑時關閉所述發(fā)動機；用于起動發(fā)動機的電機/發(fā)電機；轉換器，用于將來自電池的DC輔助電壓轉換成用于對電機/發(fā)電機供能的AC電壓；和將DC電壓隔離于DC輔助電壓以在發(fā)動機的起動過程中防止車輛系統(tǒng)中的電壓下降的裝置。該裝置包括變壓器、整流器/調節(jié)器以及隔離器。機械繼電器打開或FET激活來在發(fā)動機起動過程中隔離DC電壓。一種防止輔助車輛系統(tǒng)中的電壓下降的方法，包括檢測受到指令的發(fā)動機的發(fā)動；將測量的輔助電壓與閾值相比較；當測量的輔助電壓低于閾值時將預定的DC電壓隔離于DC輔助電壓，以及使用隔離的DC電壓對輔助車輛系統(tǒng)供能。
文檔編號F02N99/00GK101434192SQ20081017311
公開日2009年5月20日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權日2007年10月30日
發(fā)明者P·F·秦, S·D·薩貝克 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司