降低附件传动带滑动的方法和系统的制作方法

专利名称：降低附件传动带滑动的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机，并且更具体地涉及通过选择性地衰减交流发电机转子角
动量降低附件传动带的打滑。
背景技术：
发动机的附件传动带由曲轴驱动，并且可操作地通过皮带轮连接到空气泵、空调 压縮机、水泵、动力转向泵和用于驱动这些装置的交流发电机。与交流发电机相关连的皮带 轮远小于与曲轴相关连的皮带轮，因此交流发电机转子以相对高的速度转动。并且，交流发 电机转子具有相对大的惯性，这导致由于高转速而产生的大的转动惯量。
在发动机循环周期期间，曲轴的转速分布图会显著变化，特别是当发动机处于使用 中的汽缸数较少时。因此，由于交流发电机转子的转动动量，随着曲轴中发生转速改变，曲轴 和交流发电机之间的皮带内会产生显著的正张紧力或负张紧力。皮带中的这种张紧力的变化 会导致产生皮带噪音或皮带哨叫。其它的问题包括传动带系统的振动和耐久性的降低。
车辆内的某些情形会加剧该问题。并且，持续检查这些特定状态会不必要地增加 控制装置的运行负荷。

发明内容
本发明提供一种预测何时可能发生皮带打滑并且在所预测的时期期间控制交流 发电机的方法。 在本发明的一个方面中，一种降低发动机内皮带噪音的方法，其中所述皮带与交 流发电机接合，所述方法包括确定变速器升档或节气门正在快速关闭；响应于确定出变 速器升档或正在快速关闭的节气门确定预测的曲轴转速；确定预测的曲轴减速度；当曲轴 的预测的曲轴减速度大于一个阈值时，控制交流发电机中的转子电流以衰减所述交流发电 机的转子动量从而降低潜在的皮带噪音。 在本发明的另一方面，一种用于降低发动机中皮带噪音的控制模块，其中所述皮
带与交流发电机接合，所述控制模块包括确定变速器升档的变速器升档检测模块或确定节
气门正在快速关闭的节气门快速关闭检测模块。所述控制模块还包括发动机转速预测模块
和发动机减速度预测模块，所述发动机转速预测模块响应于确定出变速器升档确定预测的
发动机转速，所述发动机减速度预测模块确定预测的发动机减速度。交流发电机控制模块
控制交流发电机中的转子电流以便使交流发电机转速变慢从而降低潜在的皮带噪音。 本发明的进一步应用的领域将从下文提供的详细描述中显现。应当理解，在说明
本发明的优选实施例的情况下，这些详细描述和特定实施例仅是为了示例的目的并且并非
意欲限制本发明的范围。


从详细描述和附图中，能够更充分地理解本发明，其中
图1是示出包括发动机、变速器和变矩器的示例性车辆的功能方块图；
图2是包括驱动车辆附件的皮带的发动机的示意图； 图3是示出控制交流发电机以降低曲轴转速变化的系统的功能方块图；禾口
图4是操作所述系统的方法的流程图。
图5是指令的交流发电机转子电流与时间之间的曲线图。
具体实施例方式
以下对(多个)优选实施例的描述实质上仅是示例性的，并且并非意欲限制本发 明、本发明的应用或使用。为了简明起见，附图中采用相同的附图标记表示相同的部件。如 本文中所使用的，术语"模块"表示专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或 固件程序的处理器(共用的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述 功能的其它合适的部件。 参考图l，车辆10包括发动机12，发动机12驱动变速器14。变速器14是自动变 速器，并且由发动机12通过相应的变矩器16驱动。更具体地，发动机12产生驱动转矩用 以驱动曲轴18。曲轴18通过变矩器16选择性地与变速器14的输入轴20相连。变速器 14传递所述驱动转矩以驱动输出轴22，输出轴22驱动动力传动系统(未示出)从而推进 车辆。变矩器16提供使发动机12能够稍微独立于变速器14而旋转的流体联接。如果发 动机12以较慢的速度旋转(例如，怠速)，那么通过变矩器传递的驱动转矩的量很小。随着 发动机转速升高，通过变矩器16传递的驱动转矩的量通常增加。尽管没有示出，但是变矩 器包括泵轮、涡轮和导轮。涡轮驱动输入轴20。导轮使从涡轮到泵轮的流体改变方向。在 分别于2001年7月3日和2004年2月24日授权的普通转让的美国6254507和6695111 号专利中详细描述了示例性的变矩器，上述两份专利公开的内容整体以引用的方式结合在 本申请中。 起初，泵和涡轮以不同的转速旋转。最终，泵和涡轮以共同的转速转动。变矩器 离合器23选择性地锁定泵和涡轮以便一起转动。更具体地，变矩器离合器23在接合状态 (即，联接泵轮和涡轮以一起转动)和分离状态(即，分离一起转动的泵和涡轮)操作。在 一些情况下，泵和涡轮之间的滑动调节成在它们之间提供想要的转矩传递。当被调节时，泵 和涡轮之间的相对滑动(例如，40rpm)被控制并且变矩器效率可得以改进。
发动机12包括N个汽缸24。尽管图2示出8个汽缸(N二8)，但是应当理解，发 动机12可以包括更多或更少的汽缸24。例如，可以构思具有4、5、6、8、10、12和16个汽缸 的发动机。空气通过进气歧管26进入发动机26，并且在汽缸24中与燃料一起燃烧。
主控制模块30与发动机12和本文中描述的各种输入和传感器通信。发动机转速 传感器34基于发动机转速生成发动机转速信号。压力(MAP)传感器36基于进气歧管26 上的压力生成MAP信号。曲轴位置传感器38基于曲轴位置生成曲轴位置信号，并且提供曲 轴转速的指示。基于进气MAP、汽缸模式和发动机转速来确定发动机负荷。
节气门位置传感器40生成与节气门开度相对应的节气门位置信号。通常，节气门 位置传感器是电阻性的。节气门开度的比率可以从节气门位置信号获得。
现在参考附图2，发动机12包括用以驱动各种附件系统的皮带100。皮带100由 与曲轴18相连的曲轴皮带轮102驱动。皮带100驱动水泵皮带轮104、空调压縮机皮带轮106、空气泵皮带轮108、交流发电机皮带轮110和动力转向泵皮带轮112。弹簧加载的皮带 张紧器114设置成用于保持皮带100中的张紧力。交流发电机皮带轮110与交流发电机 116相连。通常，交流发电机116由皮带100驱动，并且用于产生用于车辆10的电。然而， 交流发电机116可用作制动装置来选择性地采用制动转矩降低交流发电机的转动动量。当 向交流发电机116通入转子电流时，产生磁矩，并且交流发电机皮带轮110上的转矩负载可 被操纵。通过操纵交流发电机皮带轮110的转矩负载，在曲轴转速快速改变期间，曲轴18 和交流发电机皮带轮110之间的转速差可能受到影响。 现在参考图3，示出用于通过在曲轴快速减速期间控制交流发电机皮带轮110和 皮带100的同步来降低皮带噪音的系统200。系统200使用交流发电机电流作为交流发电 机处的可调节制动装置，从而降低在交流发电机皮带轮110处的皮带打滑。交流发电机116 包括定子202和转子204。电压通过电刷206、208和集电环210、212施加给转子204，使得 电流流动通过转子204的绕组。当电压施加到转子204线圈时，转子204用作电磁铁。
当转子204转动时，磁场包括转子202的静止线圈中的交流电。来自定子的区段 214、216和218的交流电由二极管220、222、224、226、228和230转换为直流电。直流电用 于为电池(为示出)充电，并且驱动车辆10的电气系统。 系统200包括主控制模块30。主控制模块30使用各种模块确定操作参数。位于控 制模块30内的各模块可以集成为一个模块或分成若干个模块。变速器升档检测模块232A 确定变速器何时进入升档。变速器升档标记信号236可被提供给变速器升档检测器232A。 变速器升档标记信号236可来源于变速器控制器或图1中所示的控制器30。节气门快速关 闭检测模块232B确定节气门何时快速关闭。节气门位置信号234可被提供给节气门检测模 块232B。节气门位置信号234可来源于与发动机相关连的节气门位置传感器。曲轴转速预 测模块232C生成发动机转速预测。发动机转速预测模块232C可预测发动机转速和与发动 机转速变化相关连的时间段。各种信号可包括进气歧管压力信号242、曲轴位置信号244、 汽缸停用模式246、发动机转速248和系统电压250。在包括5421302、5577474和5726892 的各美国专利中提供了用于预测发动机转速和发动机转矩的各种方法，上述各专利公开的 内容以参考的方式结合在本文中。 发动机减速度预测模块232D生成发动机减速度的预测。减速度预测模块232D在 其减速度预测中可使用与模块232C相同的信号和由模块232C生成的发动机转速预测信 号。 响应于发动机减速度和发动机转速预测信号，交流发电机控制模块232E控制交 流发电机中的转子电流以便增加到交流发电机的负载并且降低皮带打滑的潜在可能性。
存储器252也可与交流发电机控制模块232关联。存储器252可存储各种中间计 算值以及预测的每分钟转数或曲轴转速与时间的关系表。当然，存储器252也可与发动机 转速预测模块232C相关联。 现在参考图4，阐明一种操作交流发电机以降低皮带打滑的潜在可能性的方法。该 过程始于方框310，在方框310之后，步骤312确定变速器是否进入升档。如上所述，在升档 之前，升档标记可由变速器或与变速器关联的控制器生成。如果变速器未进入升档，那么步 骤314确定节气门是否正在快速关闭。为了确定节气门是否正在快速关闭，可在预定时间 量期间分析节气门位置传感器。例如，节气门位置传感器信号可被区分或以其他方式滤波以确定与之相关的变化率。所述变化率可以是节气门位置传感器信号的斜率。如果节气门 没有快速关闭，那么系统再次执行步骤312。 如果步骤312显示变速器进入升档，或者在步骤314中如果节气门正在快速关闭，
那么执行步骤316。因此，当步骤312和314中的任意一个为真时，启动其余步骤。通过检
查这两个参数，继续执行下面阐述的其它计算不会给控制器造成负担。 在步骤316中，预测的发动机转速信号由控制器读取。预测的RPM信号可以通过各
种方式产生，包括查看转矩/速度预测算法。如上所述，用于预测发动机速度或发动机RPM
的各种方法是已知的。 在步骤316之后，基于预测的转速信号计算发动机转速的预测减速。该计算可在 图3所示的交流发电机控制模块232E中进行，或者在图3的发动机转速预测模块232C中 进行。在步骤320中，减速度预测值与减速度阈值相比较。如果预测发动机降速快于减速 度阈值，则执行步骤322。减速度阈值可设置在表示皮带打滑或皮带啸叫的点上。当然，这 取决于各种因素，包括皮带成分、发动机总负荷和减速度量。对于每个模型的每个发动机可 具有不同的减速度阈值。当预测的降速快于阈值时，步骤322在减速度大于阈值的预定时 间量上增加转子电流。发动机转速减速度预测模块可以预测减速度和减速度的时间量。变 速器升档和快速关闭节气门仅在预定的时间量上起作用。
在步骤322之后，系统在步骤324中结束。 现在回到步骤320，如果没有预测到发动机转速下降快于所述阈值，则发生皮带打
滑或啸叫的可能性降低。因此，在步骤320之后，系统也可以在步骤324中结束。 在步骤322中，交流发电机转子中的电流增加。通过增加转子中的电流，额外的电
流为转动的交流发电机提供磁制动。转子电流的瞬间增加本质上是将转子转动能量的一部
分转换为电能。 现在参考图5，显示发动机转速从第一转速水平510 (以RPM为单位)减速到第二 转速水平520。该减速可能源于变速器升档或节气门快速关闭。在发动机转速实际下降之 前，转子电流增加。转子电流在发动机转速开始下降的大约同时到达其峰值。与转子电流 在峰值位置保持的时间量对应的时间Tl可根据预测的减速率而改变。所述时间量足够长 以便降低交流发电机转子转动动量，以便在交流发电机皮带轮110表面和皮带100表面之 间保持皮带同步，因此降低在降速期间皮带啸叫的潜在可能性。在预定时间Tl之后，转子 电流下降到其正常水平。 现在本领域技术人员从前文的描述中应该能够明白，本发明的广泛教导能够以各 种形式实施。因此，尽管以特定实施例的形式描述了本发明，然而本发明的真实范围不应当 被限制于此，因为在研究附图、说明书和所附权利要求书的基础上本领域技术人员能够显 而易见地得到其它的变换。
权利要求
一种降低发动机中皮带噪音的方法，其中所述皮带与同转子相关连的交流发电机皮带轮接合，所述方法包括确定变速器升档或节气门正在快速关闭；响应于确定变速器升档或节气门正在快速关闭，确定预测的曲轴转速；确定预测的曲轴减速度；和当曲轴的预测的曲轴减速度大于阈值时，控制交流发电机中的转子电流以衰减转子动量从而降低潜在的皮带噪音。
2. 如权利要求1所述的方法，还包括预测减速时间周期，并且其中，控制转子电流包括在预定的时间周期内控制交流发电机中的转子电流。
3. 如权利要求2所述的方法，其中，控制转子电流增加施加到交流发电机的转子的制动转矩。
4. 如权利要求2所述的方法，其中，在所述时间周期之后，控制转子电流降低制动转矩。
5. 如权利要求1所述的方法，其中，确定变速器升档或节气门正在快速关闭包括由升档标记确定变速器升档。
6. 如权利要求1所述的方法，其中，确定变速器升档或节气门正在快速关闭包括从节气门位置传感器确定节气门正在快速关闭。
7. 如权利要求1所述的方法，其中，控制转子电流包括在发动机减速期间增加转子电流。
8. 如权利要求1所述的方法，其中，控制转子电流包括在预定时间量保持峰值转子电流。
9. 一种用于降低发动机中皮带噪音的控制模块，其中所述皮带与交流发电机接合，所述控制模块包括检测变速器升档的变速器升档检测模块或检测节气门正在快速关闭的节气门快速关闭检测模块；响应于确定出变速器升档或节气门正在快速关闭而确定预测的发动机转速的发动机转速预测模块；基于发动机转速确定预测的发动机减速度的发动机减速度预测模块；禾口控制交流发电机中的转子电流以便使交流发电机转子转动惯量降低从而降低潜在的皮带噪音的交流发电机电流控制模块。
10. 如权利要求9所述的控制模块，其中，所述发动机减速度预测模块预测减速时间周期，并且在所述时间周期内控制交流发电机中的转子电流。
11. 如权利要求io所述的控制模块，其中，所述交流发电机电流控制模块增加所述转子电流以便增加制动转矩从而保持交流发电机皮带轮与皮带同步。
12. 如权利要求IO所述的控制模块，其中，在所述时间周期之后，所述交流发电机电流控制模块降低所述转子电流以便降低制动转矩。
13. 如权利要求9所述的控制模块，其中，所述变速器升档检测模块由升档标记确定所述变速器升档。
14. 如权利要求9所述的控制模块，其中，所述节气门快速关闭检测模块从节气门位置传感器确定节气门正在快速关闭。
15. 如权利要求9所述的控制模块，其中，在发动机减速期间，所述交流发电机控制模块控制转子电流。
16. 如权利要求9所述的控制模块，其中，所述交流发电机控制模块通过在预定的时间量保持峰值转子电流控制所述转子电流。
17. —种系统，所述系统包括具有发动机皮带的发动机；具有与所述发动机相连的交流发电机皮带轮的交流发电机；与所述交流发电机皮带轮和所述发动机皮带轮相接合的皮带；以及权利要求9所述的控制模块。
18. 如权利要求17所述的系统，还包括用于将节气门位置信号传递给控制模块的节气门位置传感器。
19. 如权利要求17所述的系统，还包括用于将发动机转速信号传递给控制模块的发动机转速传感器。
全文摘要
本发明涉及降低附件传动带滑动的方法和系统。一种用于降低发动机中皮带噪音的方法和系统，其中所述皮带与交流发电机接合，包括确定变速器升档的变速器升档检测模块或确定节气门正在快速关闭的节气门检测模块。所述控制模块还包括发动机转速预测模块和发动机减速度预测模块，所述发动机转速预测模块响应于确定出变速器升档确定预测的发动机转速，所述发动机减速度预测模块在所述预测的发动机曲轴减速度大于一个阈值时，确定预测的发动机减速度。交流发电机控制模块控制交流发电机中的转子电流以便增加交流发电机转子的负载从而降低潜在的皮带噪音。
文档编号F02D13/02GK101725418SQ200910207299
公开日2010年6月9日 申请日期2009年10月23日 优先权日2008年10月23日
发明者M·M·麦唐纳, W·C·阿尔伯森 申请人:通用汽车环球科技运作公司