[发明专利]使用频谱分析的交流发电机速度估计

说明书

技术领域

本发明总地涉及用于估计交流电机的速度的系统和方法，更特别地，涉及用于通过使用频谱分析识别整流式交流发电机信号（例如电流或电流）中的脉动频率并将该脉动频率转换为交流发电机速度来估计车辆交流发电机的速度的系统和方法。

背景技术

车辆通常包括提供电力给车辆电池再充电并在车辆行驶时操作车辆电气系统的交流发电机。交流发电机包括接合由车辆发动机驱动的柔性皮带的滑轮，其中所述皮带还驱动其它车辆部件，例如动力转向泵、空气压缩机等。当所述皮带转动交流发电机滑轮时，滑轮转动交流发电机的定子内的转子，其中转子通常具有永磁体，定子包括一个或多个绕线线圈。典型的车辆交流发电机包括彼此有90°相位差的三个定子绕阻，产生三个AC信号，这三个AC信号被发送至三相二极管桥式整流器，以将AC信号转换为适于给电池重新充电的DC信号。交流发电机还包括调节DC信号的电压调节器。由于转换的因素，二极管桥式整流器在DC信号上产生AC脉动信号。可执行各种滤波技术和其它操作来减少由整流器转换产生的脉动电流，但是在DC信号上仍有可被检测到的一定水平的AC脉动。

由于各种原因，例如确定驱动交流发电机滑轮的皮带是否打滑，期望在车辆操作期间知道交流发电机的旋转速度。如果所述皮带未打滑，那么交流发电机速度为发动机速度乘以交流发电机滑轮的比率。因此，通过知道交流发电机速度、滑轮比率和发动机速度，可确定所述皮带是否打滑。另外，那么如果该旋转速度不流畅，那么通过知道交流发电机速度，可确定对所述皮带或甚至交流发电机本身的损坏。

发明内容

根据本发明的教导，公开了用于确定交流发电机（例如车辆交流发电机）的速度的系统和方法。所述方法包括测量预定时间段的车辆电池的电流或电压，然后陷波滤波测量的电流或电压测量信号以去除已知的谐波。执行有限数据点快速傅立叶变换（FFT）频谱分析操作，以识别滤波信号中的频率峰值，其中最高峰值表示DC交流发电机信号上的脉动电流。识别FFT信号中的最高峰值，并在该峰值与数据中的相邻峰值之间执行插值处理，以识别所述脉动电流的实际频率。然后将所述脉动电流转换为所述交流发电机的速度。

本发明提供下列技术方案。

技术方案1：一种用于确定交流发电机的速度的方法，所述方法包括：

确定所述交流发电机的输出电流或电压信号，其中所述输出电流或电压信号包括因AC-DC转换产生的脉动电流频率；

滤波所述电流或电压信号，以去除已知的谐波频率；

执行快速傅立叶变换（FFT）操作，以识别滤波的电流或电压信号的频谱信号；

识别所述频谱信号内的峰值检测搜索范围，所述脉动电流频率已知存在于该范围内；

将所述搜索范围内的最高峰值频率识别为所述脉动电流频率；以及

将所述最高峰值频率转换为所述交流发电机速度。

技术方案2：根据技术方案1的方法，其中滤波所述电流或电压信号包括使用数字陷波滤波器。

技术方案3：根据技术方案2的方法，其中所述数字陷波滤波器使用下述公式：

其中H为滤波器的z变换，ω₀为要被去除的频率，r设定陷波的频宽。

技术方案4：根据技术方案1的方法，其中识别峰值检测搜索范围包括从前一脉动电流频率确定识别所述脉动电流频率，并对所述前一脉动电流频率加减预定频率值，以识别所述搜索范围。

技术方案5：根据技术方案1的方法，其中执行所述FFT操作包括执行具有有限数量的数据点的FFT操作。

技术方案6：根据技术方案5的方法，其中所述有限数量的数据点为提供约39 Hz的频率分辨率的256个数据点。

技术方案7：根据技术方案5的方法，其中识别所述搜索范围内的最高峰值频率包括基于所述有限数量的数据点识别最高峰值频率，然后在该数据点与相邻数据点之间插值，以识别实际最高峰值频率。

技术方案8：根据技术方案5的方法，还包括确定是否进行了前一脉动电流频率确定，如果是，那么识别峰值检测搜索范围包括将所述搜索范围识别为所述脉动电流频率周围的预定有限数量的数据点。

技术方案9：根据技术方案8的方法，还包括替代具有有限数量数据点的有限FFT操作，对各数据点执行单一频率FFT操作。