使用交流發(fā)電機(jī)的主動(dòng)振動(dòng)阻尼的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]車(chē)輛的示例性前端附件包括諸如交流發(fā)電機(jī)、水栗、風(fēng)扇以及空調(diào)壓縮機(jī)的部件。這些部件由前端附件驅(qū)動(dòng)(FEAD)或傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。因此，F(xiàn)EAD耦接至多個(gè)動(dòng)態(tài)負(fù)載，多個(gè)動(dòng)態(tài)負(fù)載在其操作期間通常每個(gè)都施加不同的力和扭矩。前端附件的數(shù)目越大，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)就越復(fù)雜。該運(yùn)動(dòng)是諸如皮帶輪直徑、慣性、由能量傳遞引起的負(fù)載以及引擎速度的參數(shù)的函數(shù)。
[0002]很可能經(jīng)歷振動(dòng)的一個(gè)示例性狀況是當(dāng)車(chē)輛在空調(diào)開(kāi)啟的情況下處于怠速時(shí)。在該狀況下，F(xiàn)EAD上的負(fù)載不是一致的，而是FEAD上的負(fù)載根據(jù)空調(diào)壓縮機(jī)離合器是接合還是分離而變化，這些狀況中的每個(gè)在車(chē)輛的乘客室內(nèi)的溫度傳感器和設(shè)置要求冷卻或者溫度已經(jīng)達(dá)到預(yù)設(shè)點(diǎn)的信號(hào)時(shí)偶然發(fā)生。類(lèi)似地，水栗可以以恒定方式承載傳動(dòng)帶，或者如果風(fēng)扇被附接至水栗并被咬合，則水栗也可以經(jīng)歷偶然的負(fù)載變化。在任何一種情形下，很可能會(huì)因?yàn)槿~輪的性質(zhì)而經(jīng)歷某種振動(dòng)，其中，大多數(shù)車(chē)載水栗是葉輪。動(dòng)力轉(zhuǎn)向栗時(shí)刻將寄生負(fù)載施加到皮帶，但是當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)輛的方向盤(pán)時(shí)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向栗從在系統(tǒng)中產(chǎn)生振動(dòng)的傳動(dòng)帶提取更多的能量。交流發(fā)電機(jī)是具有高轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的附加負(fù)載。當(dāng)施加和移除大電力負(fù)載時(shí)，交流發(fā)電機(jī)影響FEAD振動(dòng)。如上面注意到的，引擎速度本身以及引擎尺寸馬力和扭矩性能對(duì)振動(dòng)有影響。當(dāng)引擎處于低速或表現(xiàn)出低扭矩時(shí)，相比于引擎處于更高速或更高扭矩輸出狀況，置于引擎上的任何負(fù)載將更顯著地拉低引擎的RPM。來(lái)自這樣的拉低的反彈效應(yīng)將被經(jīng)歷為振動(dòng)。
[0003]將可變扭矩施加到閉環(huán)系統(tǒng)的前端附件的動(dòng)態(tài)地不同的功能可變地相互作用，以有時(shí)彼此放大，有時(shí)彼此減損以及介于這兩者之間的各種情形。在傳動(dòng)帶中還可以產(chǎn)生駐波，從而引起FEAD的怠速/張緊輪部件的位移。所產(chǎn)生的振動(dòng)一般對(duì)乘車(chē)者是明顯的。另夕卜，如果以及當(dāng)各種聲波的相位直接重疊時(shí)，則振幅峰可以高到足以顯著減小諸如傳動(dòng)帶、皮帶輪和軸承的部件的使用壽命，從而增加維修頻率，從而增加成本。減小這樣的振動(dòng)能夠?qū)е萝?chē)輛的更平穩(wěn)駕駛以及FEAD部件的更長(zhǎng)使用壽命。
[0004]因?yàn)榻涣靼l(fā)電機(jī)的慣性和高可變扭矩，所以交流發(fā)電機(jī)是FEAD所經(jīng)歷的不穩(wěn)定性和共振的主要貢獻(xiàn)者。因此，“減弱”或“消除”交流發(fā)電機(jī)的響應(yīng)能夠?qū)p小振動(dòng)、震蕩、共振以及FEAD部件的磨損具有相應(yīng)更好的效果。毫不奇怪，已經(jīng)進(jìn)行了應(yīng)對(duì)交流發(fā)電機(jī)引發(fā)的振動(dòng)的嘗試。控制FEAD共振的兩個(gè)目前使用的機(jī)械設(shè)備是交流發(fā)電機(jī)超越皮帶輪(0ΑΡ)和交流發(fā)電機(jī)超越減震器(OAD，overrunning alternator damper) ο OAP 和 OAD 緩沖來(lái)自傳動(dòng)帶和驅(qū)動(dòng)器的由交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的扭矩，以減少振動(dòng)引發(fā)。
[0005]雖然0ΑΡ和0AD系統(tǒng)是起作用的，但是它們給整個(gè)車(chē)輛系統(tǒng)增加了重量和成本，因此，本領(lǐng)域歡迎應(yīng)對(duì)FEAD的不穩(wěn)定性的替代手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種使用機(jī)動(dòng)車(chē)的前端附件驅(qū)動(dòng)(FEAD)系統(tǒng)的交流發(fā)電機(jī)在FEAD系統(tǒng)中執(zhí)行主動(dòng)振動(dòng)阻尼的方法包括:確定要抵消的共振；確定抵消共振的抵消強(qiáng)制函數(shù)；確定占空比變化，該占空比變化被應(yīng)用于勵(lì)磁電壓以獲得具有抵消強(qiáng)制函數(shù)的輸出電壓，其中，勵(lì)磁電壓導(dǎo)致被提供到轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流，勵(lì)磁電流使定子生成輸出電壓；以及將占空比變化實(shí)施一段時(shí)間。
[0007]根據(jù)另一實(shí)施例，一種機(jī)動(dòng)車(chē)的前端附件驅(qū)動(dòng)(FEAD)系統(tǒng)的交流發(fā)電機(jī)，被配置成執(zhí)行主動(dòng)振動(dòng)阻尼，該交流發(fā)電機(jī)包括:電壓調(diào)節(jié)器，被配置成控制轉(zhuǎn)子處的勵(lì)磁電流，電壓調(diào)節(jié)器通過(guò)控制脈寬調(diào)制的勵(lì)磁電壓的占空比來(lái)控制勵(lì)磁電流；轉(zhuǎn)子，被配置成基于勵(lì)磁電流生成磁場(chǎng)；圍繞轉(zhuǎn)子的定子，定子基于磁場(chǎng)生成交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓；以及處理器，被配置成確定在一段時(shí)間上勵(lì)磁電壓的占空比的變化，以生成具有抵消強(qiáng)制函數(shù)的輸出電壓，來(lái)執(zhí)行主動(dòng)振動(dòng)阻尼。
【附圖說(shuō)明】
[0008]下面的描述不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是以任何方式進(jìn)行限制。參考附圖，相同的元件被相同地編號(hào):
[0009]圖1是前端附件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各方面的橫截面視圖；
[0010]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的交流發(fā)電機(jī)的簡(jiǎn)化框圖。
[0011]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的執(zhí)行FEAD系統(tǒng)的主動(dòng)振動(dòng)阻尼的方法的處理流程；以及
[0012]圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的執(zhí)行FEAD系統(tǒng)的主動(dòng)振動(dòng)阻尼的方法的處理流程。
【具體實(shí)施方式】
[0013]參考附圖，通過(guò)舉例而非限制的方式在本文中介紹了所公開(kāi)的設(shè)備和方法的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)描述。
[0014]如上面注意到的，在其操作期間施加顯著的力和扭矩的FEAD系統(tǒng)的部件(諸如轉(zhuǎn)向系、空調(diào)、栗和交流發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)負(fù)載)能夠引起影響乘坐舒適度的振動(dòng)，并且可能生成產(chǎn)生怠速/張緊輪部件的位移的駐波。所有這些機(jī)器具有將特有且動(dòng)態(tài)的負(fù)載施加到皮帶的旋轉(zhuǎn)元件。復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)是例如皮帶輪直徑、慣性、由能量傳遞引起的負(fù)載以及引擎速度的函數(shù)。
[0015]—個(gè)說(shuō)明性的場(chǎng)景是當(dāng)車(chē)輛在空調(diào)開(kāi)啟的情況下怠速時(shí)。水栗從皮帶提取某恒定能量。動(dòng)力轉(zhuǎn)向栗也將寄生負(fù)載施加到傳動(dòng)帶，并且當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)時(shí)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向栗從傳動(dòng)帶提取甚至更多的能量。交流發(fā)電機(jī)也施加負(fù)載。當(dāng)施加和移除大電力負(fù)載時(shí)，交流發(fā)電機(jī)在FEAD周?chē)眲?dòng)(jerk)。處于低速時(shí)，引擎輸出能量相對(duì)于較高速度為低。當(dāng)施加所有負(fù)載時(shí)，所有負(fù)載的特有響應(yīng)從傳動(dòng)系獲取能量并減小引擎速度。在尋求穩(wěn)定的過(guò)程中，系統(tǒng)經(jīng)受共振、振動(dòng)以及粗處理。
[0016]當(dāng)集聚了將可變扭矩施加到閉環(huán)系統(tǒng)的FEAD部件的動(dòng)態(tài)不同功能時(shí)，能夠在引起怠速器/張緊輪的極限位移的長(zhǎng)橡膠傳動(dòng)帶中產(chǎn)生駐波。所得到的振動(dòng)可以是明顯且令人不快的。另外，如果這些共振彼此組合和強(qiáng)化，所得到的旋轉(zhuǎn)使傳動(dòng)帶、皮帶輪以及軸承承受壓力。越能夠進(jìn)一步減小振動(dòng)，駕駛就越平穩(wěn)且部件壽命就越長(zhǎng)。
[0017]如上面還注意到的，交流發(fā)電機(jī)是可以對(duì)不穩(wěn)定性和共振主要做出貢獻(xiàn)的FEAD部件。交流發(fā)電機(jī)包括勵(lì)磁繞組和定子繞組。當(dāng)勵(lì)磁電流施加到勵(lì)磁繞組時(shí)，其生成在定子繞組中產(chǎn)生電流的磁場(chǎng)。調(diào)節(jié)器控制勵(lì)磁電流以保證交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓保持在期望范圍內(nèi)。
[0018]當(dāng)將電力負(fù)載施加到交流發(fā)電機(jī)時(shí)，調(diào)節(jié)器增大勵(lì)磁電流，從而增大交流發(fā)電機(jī)扭矩。當(dāng)減小電力負(fù)載時(shí)，調(diào)節(jié)器減小勵(lì)磁電流，并且交流發(fā)電機(jī)扭矩下降。結(jié)合共用FEAD的其它部件，該動(dòng)態(tài)扭矩可以引起震蕩、振動(dòng)和不穩(wěn)定性。然而，如下所述，導(dǎo)致不穩(wěn)定性的相同力在適當(dāng)控制時(shí)可以用于減弱不穩(wěn)定性。
[0019]首先，簡(jiǎn)要討論控制FEAD共振的兩個(gè)最近的成果。0ΑΡ是單向離合器，該單向離合器將非線性元件加到系統(tǒng)控制環(huán)路，從而中斷電路的不穩(wěn)定性。該“單向效果”像電子控制電路中的二極管一樣結(jié)束了震蕩。它在一個(gè)方向上打開(kāi)并在另一方向上閉合。0ΑΡ在一個(gè)方向上施加扭矩，但在相反方向上釋放，從而結(jié)束震蕩。0AD是改變交流發(fā)電機(jī)的頻率響應(yīng)的機(jī)械減振器。增大電路阻尼(如，增大電路中的電容值)削弱震蕩能夠持續(xù)的水平以下的震蕩。兩個(gè)皮帶輪(0AD/0AP) “中斷”皮帶輪速度與交流發(fā)電機(jī)速度之間的直接鏈路。在最高水平處，0AD和0ΑΡ是用于減小引擎振動(dòng)、不穩(wěn)定性和共振的機(jī)械裝置。相反，下面討論的實(shí)施例關(guān)注主動(dòng)振動(dòng)阻尼的電方式。
[0020]具體地，根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，交流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)器可以增大或減小勵(lì)磁電流，以影響交流發(fā)電機(jī)的扭矩，從而控制穩(wěn)定性。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，調(diào)節(jié)器監(jiān)視交流發(fā)電機(jī)內(nèi)的變量(例如，速度、電壓、電流)，計(jì)算使交流發(fā)電機(jī)穩(wěn)定的扭矩，以及調(diào)制勵(lì)磁電壓以形成強(qiáng)制函數(shù)來(lái)施加所計(jì)算的扭矩。根據(jù)該實(shí)施例，調(diào)節(jié)器(單獨(dú)或與另一控制器一起)與之前一樣控制交流發(fā)電機(jī)輸出電壓，并且通過(guò)應(yīng)對(duì)交流發(fā)電機(jī)引入的不穩(wěn)定性的分量來(lái)減小FEAD的不穩(wěn)定性，其中，交流發(fā)電機(jī)是整個(gè)FEAD運(yùn)動(dòng)的重要貢獻(xiàn)者。
[0021]根據(jù)另一實(shí)施例，控制器(例如，只有調(diào)節(jié)器或與一個(gè)或更多個(gè)處理器一起)監(jiān)視整個(gè)FEAD系統(tǒng)內(nèi)的變量。也就是說(shuō)，一個(gè)或更多個(gè)傳感器輸出例如可以向控制器指示由諸如空調(diào)壓縮機(jī)和水栗的附件引入的運(yùn)動(dòng)(不穩(wěn)定性)?？刂破饔?jì)算抵消這些運(yùn)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)扭矩，并且相應(yīng)地調(diào)制勵(lì)磁電壓。因此，根據(jù)該實(shí)施例，控制器(例如，調(diào)節(jié)器)通過(guò)控制交流發(fā)電機(jī)扭矩，不僅控制FEAD不穩(wěn)定性的交流發(fā)電機(jī)部件，而且還控制整個(gè)FEAD不穩(wěn)定性。
[0022]圖1是前端附件驅(qū)動(dòng)(FEAD)系統(tǒng)100的各方面的橫截面視圖。布置交流發(fā)電機(jī)110和其它FEAD部件120 (例如，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、空調(diào)、張緊輪、曲軸、水栗、空轉(zhuǎn)輪)，以被蛇形傳動(dòng)帶130基于曲軸120而驅(qū)動(dòng)。如圖1所圖示的，每個(gè)FEAD部件120、110中的共振被傳遞至傳動(dòng)帶130，傳動(dòng)帶130用于驅(qū)動(dòng)FEAD部件120、110。這些不同的紊亂可以彼此放大或消除，并且在某些情況下，這些不同干擾可以在傳動(dòng)帶130中產(chǎn)生駐波。FEAD部件120、110中的每個(gè)施加扭矩至FEAD系統(tǒng)100。如下面詳述的，控制交流發(fā)電機(jī)110以影響交流發(fā)電機(jī)110施加到FEAD系統(tǒng)100的扭矩，從而影響FEAD系統(tǒng)100的不穩(wěn)定性。描述兩個(gè)具體的實(shí)施例。每個(gè)使用用于控制交流發(fā)電機(jī)110的相同機(jī)制，但是基于不同起因操作。應(yīng)注意，雖然FEAD系統(tǒng)100的穩(wěn)定性的控制可以是連續(xù)過(guò)程(穩(wěn)定性可以被周期性監(jiān)視或者在持續(xù)的基礎(chǔ)上被不斷地監(jiān)視)，但是阻止或減輕不穩(wěn)定性所要求的動(dòng)作以毫秒量級(jí)操作。如下面進(jìn)一步討論的，這是因?yàn)楦蓴_震蕩(例如，以阻止傳動(dòng)帶130上的駐波的形成)需要很小的中斷時(shí)間。
[0023]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的交流發(fā)電機(jī)110的簡(jiǎn)化框圖。電壓調(diào)節(jié)器210控制輸入電壓216的占空比，并且輸出脈寬調(diào)制(PWM)的勵(lì)磁電壓216’以影響轉(zhuǎn)子230處的勵(lì)磁電流217。流過(guò)轉(zhuǎn)子230的線圈的直流(DC)勵(lì)磁電流217在轉(zhuǎn)子230的磁芯周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)。隨著轉(zhuǎn)子230在定子240內(nèi)旋轉(zhuǎn)，由某個(gè)數(shù)目的線圈(例如，如圖2中示出的三個(gè))分別產(chǎn)生該數(shù)目(