发电机系统和控制方法技术方案

本文明提供一种系统，其包括发动机、发电机组件、直流电压总线以及控制器。该发电机组件联接到该发电机并由该发电机驱动，并包含发电机、磁场线圈以及电压整流器，共同产生发电机输出电压。该控制器的内控制环向磁场线圈提供磁场占空比信号以响应调整电压控制信号。该控制器的外控制环向内控制环提供基于扭矩的电压控制信号作为输入以响应指令发动机扭矩和估算发动机扭矩。发动机的输出扭矩通过外控制环直接控制。该内控制环计算调整电压控制信号，即基于扭矩的电压控制信号和输出电压之差。

Generator System and Control Method

This paper presents a system including an engine, a generator assembly, a DC voltage bus and a controller. The generator assembly is connected to the generator and driven by the generator. It includes a generator, a magnetic field coil and a voltage rectifier to generate the output voltage of the generator. The inner control loop of the controller provides the duty cycle signal of the magnetic field to the magnetic field coil in response to the voltage control signal. The external control loop of the controller provides a torque-based voltage control signal as input to the internal control loop to respond to the command of engine torque and estimate engine torque. The output torque of the engine is directly controlled by an external control ring. The internal control loop calculates the voltage control signal, that is, the difference between the voltage control signal based on the torque and the output voltage.

【技术实现步骤摘要】
发电机系统和控制方法引言车辆、发电厂和其它发电系统通常包括内燃机以及发动机驱动的发电机。发动机燃料燃烧过程产生的机械能通过发电机操作转化为电能，因此产生的电用于向能量储存系统再次充电或直接供应许多电气组件，例如，辅助电动机、灯、仪表以及电力配件。电压整流器输出直流发电机输出电压以响应源自控制器的电气控制信号。
技术实现思路
本公开涉及一种发动机驱动的发电机系统和相关控制方法。在混合控制系统中，例如，发电机以最终影响发动机曲轴处的发动机扭矩的方式作为致动器。因此，需要精确控制发电机输出扭矩以确保对发动机扭矩的最佳控制。本专利技术方法旨在便于在相对高精度的范围内进行这样的控制，例如，在曲轴处实行+/-5％或+/-1-2Nm的精度。本公开的方法在发动机控制模块(ECM)的程序内部逻辑或其它指定控制器内直接控制发电机输出扭矩，同时将发电机电压保持在预设的特定操作条件范围(特定限值)内。该系统和方法与现有方法不同，现有方法根据周围环境、电池荷电状态和其它不断变化的因素试图改变发电机的电压设定点，而不直接作用于发电机输出扭矩。通过直接控制发电机输出扭矩，能量就能最大化恢复，尤其是在某些特定应用操作方式中，例如，典型的发动机应用中车辆滑行和制动操作中。尤其是，本公开的方法在将发电机输出电压保持到设定电压范围内(例如12.5-15.5伏直流电)的同时，使用内外控制环。该方法将无关温度的参数代入到扭矩估算模型中。在实时操作中，本公开的方法在此说明单一温度下需要最少的测量数据组，这样，基于扭矩的电压控制信号作为输入提供到在此描述的内控制环，与本公开系统的温度或周围环境无关。本系统还保留了一种电压控制模式，如果需要的话，例如，给电池充电。以这样的方式，在如上所述的车辆滑行和制动操作期间或根据应用的其它操作期间，执行特定模式扭矩控制操作。在示例性实施例中，发动机驱动的发电机系统包括内燃机、发电机组件、直流(DC)电压总线以及控制器。发电机组件联接到发动机并由发动机驱动，并且包括发电机、磁场线圈以及电压整流器，共同产生DC发电机输出电压。DC电压总线连接到电压整流器，并具有等同于DC发电机输出电压的电势。控制器具有内控制环和外控制环，其中内控制环向发电机的多相磁场线圈输入磁场占空比(FDC)信号以响应调整电压控制信号，外控制环指令基于扭矩的电压控制信号输入内控制环以响应指令发动机扭矩和预估发电机扭矩。通过操作外控制环直接控制发电机的输出扭矩。内控制环用来计算调整电压控制信号，即基于扭矩的电压控制信号和DC总线的输出电压之差。还公开了一种发动机驱动的发电机系统的控制方法。在可能实施例中，该方法包括通过控制器的外控制环来指令基于扭矩的电压控制信号输入到控制器的内控制环以响应指令发动机扭矩和估算发动机扭矩。该方法还包括通过控制器的内控制环计算调整电压控制信号，即基于扭矩的电压控制信号和发电机的输出电压之差。因此，该方法包括通过控制器的内控制环将磁场占空比信号指令到发电机的磁场线圈以响应调整电压控制信号。通过操作外控制环直接控制发电机的输出扭矩，这属于该方法的一部分，例如，可选地在一些实施例中，在预设的操作模式期间，例如，车辆滑行和制动。上述特征和优点以及本公开的其它特征和优点在以下结合附图执行本公开的最佳模式的详细说明中是显而易见的。附图说明图1是车辆示意图，该车辆具有内燃机、发动机驱动的发电机系统以及控制器，其中该控制器可选地向发动机驱动的发电机系统的发电机提供直接扭矩控制。图2A和2B是图1的发动机驱动的发电机系统提供扭矩估算逻辑的逻辑流程图实例。本公开可有各种修改和替代形式，一些代表性实施例已在附图中显示，并将在此详细描述。本公开的新颖的方面不限于附图中描述的特定形式。当然，本公开存在修改、变化、组合或替代，这些修改、变化、组合和替代应该落在在由所附权利要求书定义的保护范围内。具体实施方式关于附图，其中，在这几个图中，同样的附图标记代表同样的组件，图1表示汽车10的原理图，其具有与地面16滚动接触的车轮14。虽然可以设想多种多样车辆和非车辆的实施例，但是下文描述的汽车10将作为本公开描述的发动机驱动电动机系统12的非限制性示例应用。该发动机驱动的发电机系统12包括具有内燃机(EN)11E和发动机驱动的发电机组件20的传动系统11，其中发动机11E联接到发电机组件20的发电机(GE)21并将发动机扭矩(箭头TE)传递到发电机组件20的发电机(GE)21。发动机扭矩(箭头TE)使发电机21转动，因此通过电压整流器24产生DC发电机输出电压(VG)，以此产生发电机输出电流(箭头IG)。发动机11E可机械联接到发电机21，例如，通过输送带系统13或其它适合的连接，使得发动机11E的转动最终传递到发电机21的输入轴(未显示)上。在一些实施例中，如图所示，发动机11E通过液力变矩器25流畅地联接到变速器(TR)11T。进一步地，关于图1中的发电机组件20，发电机21包括一组磁场线圈22，该磁场线圈22通过磁场占空比信号(箭头FDC)的传播激励到发电机21的磁场终端(F)。该FDC信号(箭头FDC)是如图所示的周期方波信号或另一种合适的调制电压控制波形，其最后控制发电机21的电压设置点，电压设置点最后指令发电机21的发电机输出电压(VG)。电压整流器24，即多相整流器，通过整流发电机21的多相交流线圈(未显示)内产生的交流电压输出DC发电机输出电压(VG)。电压整流器24能通过使用，例如金属氧化物半导体场效应晶体管开关，任意体现为无源二极管桥式整流器或有源桥式整流器。该发电机输出电流(箭头IG)，例如，通过位于发电机21的输出侧的DC电压总线23上的电子传感器27测量，并通过合适的滤波器处理，然后传递到连接载荷(RL)，如果需要的话，储存到能量储存设备29备用。该DC电压总线23连接到电压整流器24，并具有等同于发电机输出电压(VG)的电势。发电机控制模块(ECM)50与发动机11和发动机驱动的发电机系统12通信。ECM50包括处理器(P)和存储器(M)。该存储器(M)包括有形的永久存储器，例如，只读存储器，不论是光学、电磁、闪存或其它。ECM50还包括足够数量的随机存取存储器、电可擦可编辑只读存储器等，以及高速时钟、模数和数模电路、输入/输出电路和设备以及合适的信号调节和缓冲电路。进一步地，关于图1中显示的发动机驱动的发电机系统12，电力系统12包括分别具有内控制环12I和外控制环12O的程序控制逻辑。尽管为了分别清晰显示ECM50，在实践中，内控制环12I和外控制环12O显示为存储器(M)中独立逻辑块或子程序，并由ECM50的处理器执行。从广义上讲，内控制环12I作为电压控制环最终确定并将FDC信号(箭头FDC)应用到发电机21的磁场线圈22。因此，内控制环12I看作是是电力系统12的发电机磁场校准器。内控制环12I是发电机组件20的控制组件，或在不同实施例中，属于ECM50的逻辑。应用该FDC信号(箭头FDC)以响应于调整电压控制信号(VCA)，其中，内控制环12I用于计算调整电压控制信号(VCA)，即基于扭矩的电压控制信号(VCT)和直流总线电压之差，在此是发电机输出电压(VG)。外控制环12O向内控制环12I提供基于扭矩的电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发动机驱动的发电机系统，包括：内燃机；发电机组件，联接到发动机并由所述发动机驱动，并具有发电机、磁场线圈以及电压整流器，共同产生直流(DC)发电机输出电压；DC电压总线，连接到所述电压整流器，并具有等同于所述发电机输出电压的电势；以及控制器，具有内控制环和外控制环，其中所述内控制环向所述磁场线圈输入磁场占空比信号以响应调整电压控制信号，所述外控制环向所述内控制环提供基于扭矩的电压控制信号作为输入以响应给定发动机扭矩和预估发电机扭矩，这样通过操作所述外控制环直接控制所述发电机的输出扭矩；其中，所述内控制环用来计算所述调整电压控制信号，即所述基于扭矩的电压控制信号和所述发电机输出电压之差。

【技术特征摘要】
2017.07.18 US 15/6530601.一种发动机驱动的发电机系统，包括：内燃机；发电机组件，联接到发动机并由所述发动机驱动，并具有发电机、磁场线圈以及电压整流器，共同产生直流(DC)发电机输出电压；DC电压总线，连接到所述电压整流器，并具有等同于所述发电机输出电压的电势；以及控制器，具有内控制环和外控制环，其中所述内控制环向所述磁场线圈输入磁场占空比信号以响应调整电压控制信号，所述外控制环向所述内控制环提供基于扭矩的电压控制信号作为输入以响应给定发动机扭矩和预估发电机扭矩，这样通过操作所述外控制环直接控制所述发电机的输出扭矩；其中，所述内控制环用来计算所述调整电压控制信号，即所述基于扭矩的电压控制信号和所述发电机输出电压之差。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述外控制环根据所述发电机输出电压以及所述发电机的发电机电流和发电机发电速度来估计所述估算发电机扭矩。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器使用预设多项式函数估计所述估算发电机扭矩，其中所述预设多项式函数具有多个与温度无关的系数。4.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器使用损失函数逻辑块估计所述估算发电机扭矩，所述损失函数逻辑块输出发电机功率损失值，所述多项式函数是所述发电机输出电压、所述发电机电流和所述发电机功率损失值的函数。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：C·S·纳姆杜里，S·戈帕拉克里希南，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US