使用交流发电机的主动振动阻尼的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]车辆的示例性前端附件包括诸如交流发电机、水栗、风扇以及空调压缩机的部件。这些部件由前端附件驱动(FEAD)或传动带驱动系统驱动。因此，FEAD耦接至多个动态负载，多个动态负载在其操作期间通常每个都施加不同的力和扭矩。前端附件的数目越大，系统的运动就越复杂。该运动是诸如皮带轮直径、惯性、由能量传递引起的负载以及引擎速度的参数的函数。
[0002]很可能经历振动的一个示例性状况是当车辆在空调开启的情况下处于怠速时。在该状况下，FEAD上的负载不是一致的，而是FEAD上的负载根据空调压缩机离合器是接合还是分离而变化，这些状况中的每个在车辆的乘客室内的温度传感器和设置要求冷却或者温度已经达到预设点的信号时偶然发生。类似地，水栗可以以恒定方式承载传动带，或者如果风扇被附接至水栗并被咬合，则水栗也可以经历偶然的负载变化。在任何一种情形下，很可能会因为叶轮的性质而经历某种振动，其中，大多数车载水栗是叶轮。动力转向栗时刻将寄生负载施加到皮带，但是当转动车辆的方向盘时，动力转向栗从在系统中产生振动的传动带提取更多的能量。交流发电机是具有高转动惯量的附加负载。当施加和移除大电力负载时，交流发电机影响FEAD振动。如上面注意到的，引擎速度本身以及引擎尺寸马力和扭矩性能对振动有影响。当引擎处于低速或表现出低扭矩时，相比于引擎处于更高速或更高扭矩输出状况，置于引擎上的任何负载将更显著地拉低引擎的RPM。来自这样的拉低的反弹效应将被经历为振动。
[0003]将可变扭矩施加到闭环系统的前端附件的动态地不同的功能可变地相互作用，以有时彼此放大，有时彼此减损以及介于这两者之间的各种情形。在传动带中还可以产生驻波，从而引起FEAD的怠速/张紧轮部件的位移。所产生的振动一般对乘车者是明显的。另夕卜，如果以及当各种声波的相位直接重叠时，则振幅峰可以高到足以显著减小诸如传动带、皮带轮和轴承的部件的使用寿命，从而增加维修频率，从而增加成本。减小这样的振动能够导致车辆的更平稳驾驶以及FEAD部件的更长使用寿命。
[0004]因为交流发电机的惯性和高可变扭矩，所以交流发电机是FEAD所经历的不稳定性和共振的主要贡献者。因此，“减弱”或“消除”交流发电机的响应能够对减小振动、震荡、共振以及FEAD部件的磨损具有相应更好的效果。毫不奇怪，已经进行了应对交流发电机引发的振动的尝试。控制FEAD共振的两个目前使用的机械设备是交流发电机超越皮带轮(0ΑΡ)和交流发电机超越减震器(OAD，overrunning alternator damper) ο OAP 和 OAD 缓冲来自传动带和驱动器的由交流发电机产生的扭矩，以减少振动引发。
[0005]虽然0ΑΡ和0AD系统是起作用的，但是它们给整个车辆系统增加了重量和成本，因此，本领域欢迎应对FEAD的不稳定性的替代手段。
【发明内容】
[0006]根据一个实施例，一种使用机动车的前端附件驱动(FEAD)系统的交流发电机在FEAD系统中执行主动振动阻尼的方法包括:确定要抵消的共振；确定抵消共振的抵消强制函数；确定占空比变化，该占空比变化被应用于励磁电压以获得具有抵消强制函数的输出电压，其中，励磁电压导致被提供到转子的励磁电流，励磁电流使定子生成输出电压；以及将占空比变化实施一段时间。
[0007]根据另一实施例，一种机动车的前端附件驱动(FEAD)系统的交流发电机，被配置成执行主动振动阻尼，该交流发电机包括:电压调节器，被配置成控制转子处的励磁电流，电压调节器通过控制脉宽调制的励磁电压的占空比来控制励磁电流；转子，被配置成基于励磁电流生成磁场；围绕转子的定子，定子基于磁场生成交流发电机的输出电压；以及处理器，被配置成确定在一段时间上励磁电压的占空比的变化，以生成具有抵消强制函数的输出电压，来执行主动振动阻尼。
【附图说明】
[0008]下面的描述不应当被认为是以任何方式进行限制。参考附图，相同的元件被相同地编号:
[0009]图1是前端附件驱动系统的各方面的横截面视图；
[0010]图2是根据本发明的实施例的交流发电机的简化框图。
[0011]图3是根据本发明的一个实施例的执行FEAD系统的主动振动阻尼的方法的处理流程；以及
[0012]图4是根据本发明的另一实施例的执行FEAD系统的主动振动阻尼的方法的处理流程。
【具体实施方式】
[0013]参考附图，通过举例而非限制的方式在本文中介绍了所公开的设备和方法的一个或更多个实施例的详细描述。
[0014]如上面注意到的，在其操作期间施加显著的力和扭矩的FEAD系统的部件(诸如转向系、空调、栗和交流发电机的动态负载)能够引起影响乘坐舒适度的振动，并且可能生成产生怠速/张紧轮部件的位移的驻波。所有这些机器具有将特有且动态的负载施加到皮带的旋转元件。复杂的运动是例如皮带轮直径、惯性、由能量传递引起的负载以及引擎速度的函数。
[0015]—个说明性的场景是当车辆在空调开启的情况下怠速时。水栗从皮带提取某恒定能量。动力转向栗也将寄生负载施加到传动带，并且当转动方向盘时，动力转向栗从传动带提取甚至更多的能量。交流发电机也施加负载。当施加和移除大电力负载时，交流发电机在FEAD周围急动(jerk)。处于低速时，引擎输出能量相对于较高速度为低。当施加所有负载时，所有负载的特有响应从传动系获取能量并减小引擎速度。在寻求稳定的过程中，系统经受共振、振动以及粗处理。
[0016]当集聚了将可变扭矩施加到闭环系统的FEAD部件的动态不同功能时，能够在引起怠速器/张紧轮的极限位移的长橡胶传动带中产生驻波。所得到的振动可以是明显且令人不快的。另外，如果这些共振彼此组合和强化，所得到的旋转使传动带、皮带轮以及轴承承受压力。越能够进一步减小振动，驾驶就越平稳且部件寿命就越长。
[0017]如上面还注意到的，交流发电机是可以对不稳定性和共振主要做出贡献的FEAD部件。交流发电机包括励磁绕组和定子绕组。当励磁电流施加到励磁绕组时，其生成在定子绕组中产生电流的磁场。调节器控制励磁电流以保证交流发电机的输出电压保持在期望范围内。
[0018]当将电力负载施加到交流发电机时，调节器增大励磁电流，从而增大交流发电机扭矩。当减小电力负载时，调节器减小励磁电流，并且交流发电机扭矩下降。结合共用FEAD的其它部件，该动态扭矩可以引起震荡、振动和不稳定性。然而，如下所述，导致不稳定性的相同力在适当控制时可以用于减弱不稳定性。
[0019]首先，简要讨论控制FEAD共振的两个最近的成果。0ΑΡ是单向离合器，该单向离合器将非线性元件加到系统控制环路，从而中断电路的不稳定性。该“单向效果”像电子控制电路中的二极管一样结束了震荡。它在一个方向上打开并在另一方向上闭合。0ΑΡ在一个方向上施加扭矩，但在相反方向上释放，从而结束震荡。0AD是改变交流发电机的频率响应的机械减振器。增大电路阻尼(如，增大电路中的电容值)削弱震荡能够持续的水平以下的震荡。两个皮带轮(0AD/0AP) “中断”皮带轮速度与交流发电机速度之间的直接链路。在最高水平处，0AD和0ΑΡ是用于减小引擎振动、不稳定性和共振的机械装置。相反，下面讨论的实施例关注主动振动阻尼的电方式。
[0020]具体地，根据一个或更多个实施例，交流发电机的调节器可以增大或减小励磁电流，以影响交流发电机的扭矩，从而控制稳定性。根据一个实施例，调节器监视交流发电机内的变量(例如，速度、电压、电流)，计算使交流发电机稳定的扭矩，以及调制励磁电压以形成强制函数来施加所计算的扭矩。根据该实施例，调节器(单独或与另一控制器一起)与之前一样控制交流发电机输出电压，并且通过应对交流发电机引入的不稳定性的分量来减小FEAD的不稳定性，其中，交流发电机是整个FEAD运动的重要贡献者。
[0021]根据另一实施例，控制器(例如，只有调节器或与一个或更多个处理器一起)监视整个FEAD系统内的变量。也就是说，一个或更多个传感器输出例如可以向控制器指示由诸如空调压缩机和水栗的附件引入的运动(不稳定性)。控制器计算抵消这些运动的交流发电机扭矩，并且相应地调制励磁电压。因此，根据该实施例，控制器(例如，调节器)通过控制交流发电机扭矩，不仅控制FEAD不稳定性的交流发电机部件，而且还控制整个FEAD不稳定性。
[0022]图1是前端附件驱动(FEAD)系统100的各方面的横截面视图。布置交流发电机110和其它FEAD部件120 (例如，动力转向系统、空调、张紧轮、曲轴、水栗、空转轮)，以被蛇形传动带130基于曲轴120而驱动。如图1所图示的，每个FEAD部件120、110中的共振被传递至传动带130，传动带130用于驱动FEAD部件120、110。这些不同的紊乱可以彼此放大或消除，并且在某些情况下，这些不同干扰可以在传动带130中产生驻波。FEAD部件120、110中的每个施加扭矩至FEAD系统100。如下面详述的，控制交流发电机110以影响交流发电机110施加到FEAD系统100的扭矩，从而影响FEAD系统100的不稳定性。描述两个具体的实施例。每个使用用于控制交流发电机110的相同机制，但是基于不同起因操作。应注意，虽然FEAD系统100的稳定性的控制可以是连续过程(稳定性可以被周期性监视或者在持续的基础上被不断地监视)，但是阻止或减轻不稳定性所要求的动作以毫秒量级操作。如下面进一步讨论的，这是因为干扰震荡(例如，以阻止传动带130上的驻波的形成)需要很小的中断时间。
[0023]图2是根据本发明的实施例的交流发电机110的简化框图。电压调节器210控制输入电压216的占空比，并且输出脉宽调制(PWM)的励磁电压216’以影响转子230处的励磁电流217。流过转子230的线圈的直流(DC)励磁电流217在转子230的磁芯周围产生磁场。随着转子230在定子240内旋转，由某个数目的线圈(例如，如图2中示出的三个)分别产生该数目(