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专利名称：用于检测交流发电机状况的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测交流发电机状况的系统和方法，并且尤其涉及一种使用电子控制单元(ECU)来检测交流发电机状况以便处理车辆电池的测量的系统和方法。
背景技术：
车辆的交流发电机对车辆的操作来说是必不可少的。交流发电机的故障可以导致重大的问题，特别是在人工、停机时间和材料更换费用方面尤为突出。当故障发生在野外时，还会增加拖引或修理所述车辆费用的成本。同样，根据货物、延期交付或损坏会导致显著的金钱损失。当车辆处于野外时，并且在交流发电机失灵之前，早期检测交流发电机即将发生故障往往对允许修理和/或替换有故障的交流发电机十分有用。因为交流发电机故障一般不是突发事件，所以早期检测通常是可能的。
用于检测交流发电机状况的已知方法包括测量来自所述交流发电机的电压。这种方法可以包括检测由所述交流发电机产生波形的频率并且将其与阈值相比较，或将绝对电压测量与标准化阈值电压相比较。然而，这种方法经证明是低效率的，并且难以实现。出售的许多工具要求车辆是固定的并且这些工具一般用于汽车修理厂。人们常常会过晚的检测交流发电机故障或是在事后才检测到。测量交流发电机状况的传统方法包括拆卸交流发电机并且检验单个二极管。该方法没有成本效率并且不提供对交流发电机状况的连续监控系统。
因此，需要存在一种用于监控交流发电机状况的系统和方法，其中可以依照成本效率实时的方式来获得可靠的数据。

发明内容
提供了一种用于检测交流发电机状况的系统和方法。从电源系统取出电压数据并处理，以便确定交流发电机是否适当地运行。在一个实施例中，在预先确定的时段上取出电压数据并将其发送给车辆ECU。在一个具体的实施例中，所述ECU是防抱死系统ECU。在不同的发动机转速测量系统电压，并且比较处于不同发动机转速的波纹振幅之间的差值以便确定交流发电机的状况。
本发明的另一方面是用于确定交流发电机状况的系统。在一个实施例中，所述系统包括交流发电机、电池、ECU和一个或多个通信总线。使用所述通信总线来确定诸如发动机转速之类的相关参数，并且发送交流发电机状况的状态。在一个具体的实施例中，所述ECU是车辆防抱死系统ECU，并且所述通信总线是J1587诊断(Diagnostic)、J2497 PLC通信或J1939控制器区域网总线。


图1是结合本发明车辆的典型电气系统的示意图。
图2是好的交流发电机的电池电压与发动机转速的关系曲线的绘图。
图3a是部分有故障的交流发电机的电池电压与发动机转速的关系曲线的绘图。
图3b是坏的交流发电机的与发动机转速的关系曲线的绘图。
图4是交流发电机状况检测算法的流程图。
具体实施例方式
图1举例说明了诸如商用车之类的车辆的典型电气系统，总体上指定为附图标记10。该系统10的主要部件是电池20、电源线25、交流发电机30、车辆ECU 40和通信总线45。本领域技术人员应当注意的是，所述电池电压是在电源线25两端测量的电压。虽然在本申请中讨论的实施例总体上针对车辆防抱死系统(ABS)ECU的使用，然而应当理解，可以使用不同的或独立的ECU，或使用独立的电路，因此这些都涵盖在本申请的范围内。电池20和交流发电机30和ECU 40都连接到同一电源线25，所述电源线25向车辆ECU 40提供信息。可以通过一个或多个电力总线45把这种信息转送到车辆ECU 40。所述通信总线45可以是诸如J1587、J2497或J1939总线之类的预先存在的车辆总线，或可以是安装在所述车辆上的新的总线，其用于检测交流发电机状况或诸如测量发动机转速之类的其它目的。J1587链路是通常使用的、用于安装的电子控制器的诊断总线。J1939链路用于发动机来传输通信。
可以在适当的间隔测量来自车辆电池20的模拟电压，并且通过模数转换器将其处理为数字采样电压数据U。然后可以结合从通信链路45获得的发动机RPM数据来使用所述采样电压数据U。把该信息输入到交流发电机状况确定算法中，诸如在本申请中公开的那个，以便确定所述交流发电机的状况。另外，如果所述算法检测到有故障或部分有故障的交流发电机，那么车辆ECU 40可以向操作者发送表明所述交流发电机30有故障或部分故障的信号。例如，可以以音频信号或可视信号的形式向车厢发送所述信号，或可以将其处理为提供对所述车辆一个或多个部分诊断的显示。还可以通过车辆通信总线45来提供操作者警告。
用于确定交流发电机30状况的方法是基于在指定的发动机RPM值测量来自电源线25的电气系统电压。如图2所示，由于在发动机转速范围内测量电池电压U，所以所述数据提供了在平均电池电压U左右的相当一致的测量结果。然而，所述测量信号是具有波纹分量的DC值，所述波纹分量具有波纹振幅ΔU、最大电压Umax和最小电压Umin，其以平均电池电压U为中心振荡。例如，如图2所示，状况良好的交流发电机的一般12V电池将生成具有13.2伏特平均电池电压U的信号。在这种状况中，波纹振幅ΔU将是标称的，诸如最大波纹，在Umax和Umin之间的差值(或ΔUmax)将小于2伏特。
如图3a所示，对于部分良好的交流发电机来说，所述平均电池电压U和波纹振幅ΔU随发动机每分钟转数(RPM)的增加而增加。对于具体情况来讲，如图3a所示，与处于空闲发动机RPM相比较，在高发动机RPM时ΔU的变化大约为4.4伏特。然而，ΔU的变化取决于故障的特性。照此，当在中距发动机RPM(大约1,000-1,500)和空闲发动机RPM(大约500-900)的ΔU差值小于在空闲发动机RPM的二倍ΔU时，最好检测车辆交流发电机的部分故障。本领域技术人员应当理解，使用行业标准的特定发动机、交流发电机和电池(12V、24V等)已经生成以上数据；然而由于在设备使用中的差异而计算出的变化的数据仍然可以被用来在表明参数的不同设置下确定交流发电机的状况。如图3b所示，故障交流发电机具有近似等于所述电池电压的平均电池电压U，即大约12V，并且不随发动机RPM的增加而增加。当系统10继续操作时，所述电池将开始具有12V以下的电压读数。平均电池电压U将随着时间的过去继续散失，并且所述电池将在相对短的时间量内没电。取决于交流发电机故障的特性，首先检测电池成分和时间故障，该时间可以是从几分钟到二小时。
作为说明性的例子，对于监控并检测交流发电机故障的算法可以包括下列步骤。在图4中示出了这种说明性的算法。在步骤100，所述ABS ECU采样所述电源线电压。在该实施例中，确定20KHZ的充分采样率。在可选择的步骤110中，可以滤波或加权数据以便适应电池负载、PLC通信或其它状况的变化，所述变化可以使所述数据偏移。例如，所述ECU在使用聚集的数据之前可以寻找所述PLC的空闲线。在步骤120，所述ECU接着在采样周期期间确定平均电池电压U、波纹振幅ΔU、最大电池电压Umax和最小电池电压Umin。可选择地，所述ECU可以清除这些值并且获得给定时段的新的样本集，所述给定时段例如每十秒。
在步骤130，所述ECU确定U是否低于预先确定的阈值，优选的是大约为12V。对于预先确定的时间间隔，如果所述ECU确定平均电池电压U小于所述阈值，那么所述ECU进行到步骤140，其中发送信号以便表明交流发电机发生故障。如果所述ECU确定平均电池电压U不小于所述阈值，那么所述ECU进行到步骤150，其中所述ECU处理与发动机转速(依照RPM)相关的数据。所述ECU可以接收来自J1939或J1587车辆数据总线或来自其它数据总线的这种信号。在步骤150，所述ECU确定收集的数据是否是与先前数据不同的发动机RPM(或是否该数据是第一数据集)。在步骤180，以不同的发动机转速取出该数据集。不同的发动机转速是预先确定的差值，其中所述差值足够大以便提供实用的数据。在优选的实施例中，应当被测量的不同的发动机转速落入空闲发动机转速(500-900 RPM)和中距发动机转速(1,000-1,500RPM)之一的每一个中。
如果在步骤190，所述ECU检测到两个不同的发动机转速数据集，那么所述ECU确定根据在第二发动机RPM的波纹振幅ΔU(优选地是中距发动机转速)除以在第一发动机RPM(优选地是空闲发动机转速)的波纹振幅ΔU所计算的ΔUratio。在步骤200，所述ECU确定所述ΔUratio是否大于确定的阈值。如果ΔUratio大于该值，那么在步骤210，所述ECU用信号通知部分交流发电机故障，继而在步骤100开始再次取样。另外，可以测量2个以上的发动机RPM值，或可以使用线性方程来获得任何给定RPM的ΔUratio。选择性地，所述ECU可以存储所述交流发电机数据并且在处理给定数目的交流发电机故障ΔUratio读数之后生成部分交流发电机信号。如果ΔUratio比率不大于大约2，那么所述算法循环返回到步骤100并且开始取出新的数据。选择性地，所述ECU可以在步骤230发送表明良好交流发电机的信号。
应当理解的是，用于确定交流发电机状况的系统可以采用各式各样的配置并且用于确定交流发电机状况的方法可以考虑许多变化，包括附加变量。本发明意指包括这种修改和变更以至于它们属于附加权利要求或其等价物的范围。
权利要求
1.一种用于检测交流发电机状况的方法，包括步骤采样电池电压；计算平均电池电压，最大电池电压和最小电池电压；根据最大电池电压减去最小电池电压来计算差别电池电压；检测发动机转速；并且在不同的发动机转速比较差别电池电压。
2.如权利要求1所述的方法，还包括发送表明交流发电机状况的信号的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其中以预先确定的间隔采样所述电池电压。
4.如权利要求1所述的方法，还包括滤波电池电压数据的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，还包括把平均电池电压与预先确定的阈值相比较并且如果所述平均电压小于所述预先确定的阈值的话发送表明交流发电机故障的信号的步骤。
6.如权利要求6所述的方法，其中所述预先确定的阈值大约为12伏特。
7.如权利要求1所述的方法，其中计算数据并将其存储在车辆防抱死系统ECU内。
8.如权利要求7所述的方法，其中使用一个或多个预先存在的车辆通信总线来向所述防抱死系统ECU发送数据。
9.如权利要求1所述的方法，其中发送表明交流发电机状况的信号的步骤还包括当在第一发动机转速的差别电池电压大于大约在第二发动机转速的差别电池电压2倍时表明部分故障交流发电机的步骤。
10.如权利要求9所述的方法，其中第一发动机转速在大约1,000到1,500RPM范围之内。
11.如权利要求9所述的方法，其中第二发动机转速在大约500到900RPM范围之内。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述交流发电机是商用车交流发电机。
13.一种用于检测交流发电机状况的系统，包括交流发电机；电池；结合用于确定交流发电机状况的软件插件程序的ECU；和用于获得参数或报告交流发电机状态的一个或多个通信总线。
14.如权利要求13所述的系统，还包括一个或多个交流发电机状况信号。
15.如权利要求13所述的系统，其中所述ECU是车辆防抱死系统ECU。
16.如权利要求13所述的系统，其中所述ECU还包括模数转换器。
17.如权利要求13所述的系统，其中所述通信总线是J1587、J2497或J1939总线。
18.一种检测在商用车上的交流发电机状况的方法，包括步骤以预先确定间隔采样来自商用车电池的电源线电压；使用所述防抱死系统ECU计算平均电压、最大电压、最小电压和差别电压；检测所述发动机转速；并且比较在不同发动机转速的差别电压。
19.如权利要求18所述的方法，还包括发送表明交流发电机状况的信号的步骤。
20.如权利要求19所述的方法，其中把所述信号发送到在所述商用车的驾驶室内的一个或多个交流发电机状况指示器。
21.如权利要求18所述的方法，还包括滤波电池电压数据的步骤。
22.如权利要求18所述的方法，还包括把平均电池电压与预先确定的阈值相比较并且如果所述平均电压小于所述预先确定的阈值的话发送表明交流发电机故障的信号的步骤。
23.如权利要求18所述的方法，其中发送表明交流发电机状况的信号的步骤还包括当在第一发动机转速的差别电池电压大于在第二发动机转速的差别电池电压大约2倍时表明部分故障交流发电机的步骤。
24.一种软件插件程序，其通过在不同的发动机转速测量电池电压并且比较处于不同的发动机转速的所述电压测量的波纹振幅来确定交流发电机的状况。
25.如权利要求24所述的软件插件程序，其中所述软件插件程序处于车辆的防抱死系统ECU中。
26.如权利要求25所述的软件插件程序，其中所述车辆防抱死系统是商用车的防锁制动系统。
27.如权利要求24所述的软件插件程序，其中在所述软件插件程序中产生表明交流发电机状况的信号。
28.如权利要求27所述的软件插件程序，其中把所述信号发送到在商用车驾驶室内的一个或多个交流发电机状况指示器。
全文摘要
提供了一种用于检测交流发电机状况的系统和方法。从所述车辆电源线和通信链路取出信息，并且由诸如车辆防抱死系统ECU之类的车辆ECU来处理以便获得数据。然后在不同的发动机转速计算电池电压波纹振幅并进行比较。如果处于不同发动机转速的波纹振幅中的差值大于预先确定的阈值，那么发送表明交流发电机具有故障的信号。
文档编号G01R31/00GK1682120SQ03821384
公开日2005年10月12日 申请日期2003年9月2日 优先权日2002年9月10日
发明者马耶德·M·哈姆丹, 古斯塔夫·霍勒, 肯尼思·A·格罗勒, 约瑟夫M·麦克拉马拉, 柯里特·A·撒卡 申请人:奔迪士商业运输系统公司