JP2000512120A - 自動車用の交流発電機の制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内燃機関を備えた自動車の電気消費部品（４）に供給され、また、バッテリ（３）に再充電を行う電流を供給する交流発電機（２）の制御のための方法および装置（１）で、それぞれのコースについて、交流発電機の回転速度の推定時間特性(Ωａ(ｔ))と消費部品によって吸収される電流（Ｉｃ）に基づいて得た時間特性（Ｉｅ(ｔ)）に応じて交流発電機の励磁電流（Ｉｅ）の値を制御する。ナビゲーション装置７（場合によっては交通密度情報受信機７’と組み合わされたもの）によって提供されるデータに基づいて、交流発電機の回転速度の時間特性を定めるのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】 自動車用の交流発電機の制御方法および装置 本発明は、エンジンと車両の動作条件に応じて交流発電機の励磁電流の値を制 御する種類の自動車用交流発電機の制御のための方法と装置に関する。 従来の技術により、とりわけ、フランス特許第２５９４２７３号明細書によっ て、エンジンおよび／または車両の動作条件に応じて交流発電機の励磁電流を調 整して、減速時には交流発電機を過励磁し、加速時には非励磁することのできる 交流発電機用制御装置が公知である。このような装置により、エンジンと交流発 電機の全体の総合的効率を改善することができる。しかしながら、この改善は、 バッテリの放電が大きくなり過ぎるのを防止するために非励磁段階を抑制する必 要があるので制限される。すなわち、エンジンの瞬間的動作条件のみを監視する このような装置では、非励磁段階をバッテリの一定の充電レベル以内に保つこと ができず、その後にバッテリの再充電により適した条件が生じるはずであっても 、交流発電機を強制的に再起動してしまうからである。 従って、本発明は、コースの全体において動作条件を考慮し、交流発電機とエ ンジンの全体の最適化を向上させることのできる自動車用交流発電機の制御方法 および装置を提供することを目的とするものである。 本発明のこれらの目的、ならびに、本明細書において後述する他の目的は、内 燃機関を備えている自動車の電気消費部品に電源を供給し、バッテリの再充電を 行うための電流を供給する交流発電機の制御方法によって達成されるものであり 、この制御方法においては、コース上でのエンジンと車両の動作条件に応じて交 流発電機の励磁電流の値を制御する。本発明においては、それぞれのコースにつ いて、バッテリの初期充電状態を定め、そのコースについての交流発電機の回転 速度の推定時間特性を計算し、消費部品によって吸収される電流を測定し、コー スの終わりにバッテリの最終的な充電状態が少なくとも予め定められた最低限界 値に等しいものとなるように交流発電機の励磁電流の最適な時間特性を定め、定 められた電流特性に応じて励磁電流の値を制御する。また、吸収される電流の測 定値を定期的に更新し、更新の都度、交流発電機に適用すべき最適な励磁特性を 再計算するのが有利である。 本発明の最初の実施態様においては、以前のいくつかのコースにおいて実施さ れた記録に基づいて交流発電機の回転速度の時間特性を計算する。 本発明の２番目の実施態様においては、車両に搭載したナビゲーション装置に よって提供される予定コースに関する情報に基づいて交流発電機の回転速度の時 間特性を計算する。 この実施態様においては更に、ナビゲーション装置と組み合わされたＲＤＳ形 式の交通情報受信機によって提供される該当コース上の交通密度に関する情報を 使用するのが有利である。 本発明の重要な１つの特徴に基づき、交流発電機の回転速度が予め定められた 限界値を超える場合には交流発電機の効率が最大となり、この逆の場合には励磁 電流がゼロになるように、励磁電流の最適な時間特性を計算する。 更に本発明に基づいて、上記の方法の実施のための装置を提案する。この装置 は、エンジン管理装置とナビゲーション装置のうちの少なくとも１つとの通信の ための手段と、バッテリの充電状態と車両の電気消費部品に供給される電流の値 を定めるための測定手段と、それぞれのコースの最初に、通信手段によって伝達 された情報に基づいて、そのコースについての交流発電機の回転速度の推定時間 特性を計算し、測定手段によって提供される情報に応じて、コースの終わりに、 バッテリの最終的な充電状態が少なくとも予め定められた最低限界値に等しくな るように交流発電機の励磁電流の最適な時間特性を定めるための適切な計算およ び記憶手段と、交流発電機に供給される励磁電流の値の制御手段とを組み合わせ て含む。 本発明の他の特徴および長所は、下記の説明を読む ことによって、また、添付図面を検討することによって明らかになる。 −図１は、本発明に基づく装置のブロック図を示すものである。 −図２Ａおよび２Ｂは、それぞれ、従来の技術ならびに本発明に基づく方法によ って得た交流発電機の回転の時間特性に応じたバッテリの充電状態の比較時間グ ラフを示すものである。 −図３は、本装置内に記憶されていて、本方法によって使用される交流発電機の 効率曲線図を示すものである。 図１を見ると、自動車の交流発電機２の励磁電流Ｉｅの制御手段１５を含む計 算機１が示されている。交流発電機２は、車両のエンジン（図示されていない） によって回転駆動され、電流Ｉｅ＝Ｉａ＋Ｉｂをバッテリ３および電気消費部品 ４に供給する。従来から、励磁電流Ｉｅ、交流発電機の回転速度Ωａならびに消 費部品４への供給電流Ｉｃによって、交流発電機から供給される電流は、バッテ リに再充電用電流Ｉｂを供給するのに十分な場合もあり、あるいは、バッテリか らの電流Ｉｂ（この場合には、マイナス符号の電流）によって補足される場合も ある。これらの電流は、適切なセンサ、例えば、ホール効果センサ８、９によっ て測定され、その信号は、計算機１内に含まれている測定手段１４に伝達される 。計算機１が車両の消費部 品の制御用の中央処理装置としても用いられる場合には、電流Ｉｃをこれらの消 費部品の制御状態から導き出すことができるのが有利である。同様に、バッテリ の端子間電圧ｂは、センサ８によって測定手段１４に伝達されたり、あるいは、 計算機１自体が電圧Ｖｂを供給される消費部品であることに着目して、直接に測 定することができる。計算機１は、更に、マイクロプロセッサのような計算手段 １１と、マイクロプロセッサによって実行可能なプログラムおよび後述するデー タを含むのに適したＲＯＭおよびＲＡＭメモリーのような記憶手段１２とを含ん でいる。計算機１は更に、この場合には点火または噴射用計算機５によって提供 されるエンジンの回転数Ｎ、運転者用情報装置６によって提供される日付および 時間に関する情報、車載ナビゲーション用計算機７によって提供されるルート情 報など、車両の他の機器からの情報を計算機が受け取ることを可能にするＶＡＮ またはＣＡＮタイプの通信網用インターフェイスのような通信手段を備えている 。ナビゲーション用計算機７には、ルート情報にそのルート上の交通密度を補足 することのできるＲＤＳ形式の交通情報受信機７’を組み合わせることができる のが有利である。 次に、それぞれ、従来の技術による装置と本発明による装置の動作を示す図２ Ａおよび２Ｂのグラフに関連付けて図１の装置の動作を説明する。これらのグラ フ上には、点線で交流発電機の回転速度の時間特性Ωａ(ｔ)が示されており、こ の時間特性は、ｔ₀からｔ₂までの間においては、この速度が、エンジンのアイド リング回転時の交流発電機の速度にほぼ一致する値Ω_idleに等しいように、また 、ｔ₂以降には、この速度が、例えば、毎分約４５００回転のエンジン回転数に 相当するようなはるかに高いものとなるように示されている。また、実線によっ て、バッテリ３の充電状態を表すパラメータＥＤＣの変化が示されている。この パラメータは、バッテリの端子間電圧Ｖｂに基づいて単純に推定することもでき るが、電圧Ｖｂ、電流Ｉｂおよび時間に応じて、反復して計算されるほうが好ま しい。図２Ａおよび２Ｂを見ると、エンジンがアイドリング回転している間（交 流発電機の回転速度がΩ_idleに等しい間）は、エンジンの負荷を軽減するために 、交流発電機の非励磁を指令していることがわかる。この結果、バッテリ３の充 電状態ＥＤＣは、規則的に減少し、消費部品４のみに電力を供給する。瞬間ｔ１ においてこの充電状態が最低限界値ＥＤＣminに達すると、従来の技術の装置（ 図２Ａ）は、バッテリの十分な充電状態を保つために交流発電機の再起動を指令 する。この結果として、エンジンには追加負荷がかかり、これにより、エンジン の動作が妨害されたり、汚染が生じるおそれがある。これに対し、図２Ｂにおい ては、本発明に基づき、また、後ほど説明するよ うに、計算機１には、交流発電機の回転速度の時間特性Ωａ(ｔ)についての情報 があり、将来の瞬間ｔ₂からバッテリの効果的な再充電が可能な交流発電機の回 転速度条件が生じることがわかっている。従って、計算機は、車両の消費部品に よって吸収される電流Ｉｃに応じて、ｔ₂以降、少なくとも瞬間ｔ₃において到達 する最低限界値に至るまで交流発電機に適用すべきバッテリの再充電に適した励 磁電流の時間特性Ｉｅ(ｔ)を定めることができる。この結果、本発明に基づく装 置では、ｔ₁からｔ₂の間で最低限界値ＥＤＣminを越えることができ、また、エ ンジンと交流発電機の組み合わせの動作を最適化することができる。 次に、計算機１が交流発電機の回転速度の時間特性を予測できるようにするた めの方法の最初の実施態様を詳述する。この態様においては、計算機１は、点火 または噴射用計算機５と運転者用情報装置６とによって提供される情報のみを使 用する。これらの情報に基づいて、計算機１は、下記の要領で実験的データベー スを構築し、これを記憶する。コースの開始は、計算機の電源投入、すなわち車 両の始動によって検出される。この時計算機は、情報装置６によって提供される 日付と時間を読み込み、このコースを、予め定められたなんらかのカテゴリーに 分類する。最も効率の良い最適化を行うことが望まれる短いコースの大半は繰り 返しコースであることに注目して、コースの開始時の 日付と時間とによっていくつかのカテゴリーを定めることができる。例えば、コ ースの開始が６時から１０時の間の場合は朝のコースであり、月曜日から金曜日 の間の場合には平日のコースである。計算機は、次に、定期的に、通信手段１３ を介して点火用計算機５によって計算機に提供されるエンジン回転数の情報を読 み込み、この情報から、交流発電機の回転数Ωａを導き出す。この速度は、コー スの開始時からの経過時間に相当するいくつかの時間区分に分けて、記憶手段１ ２内に記録される。例えば、このようにして得られた回転速度データと、同じ時 間区間における同じカテゴリーのいくつかのコース上で得られた以前の回転速度 データとの平均値を出してもよい。こうして、このカテゴリーのコースについて の交流発電機の回転速度の推定時間特性Ωａ(ｔ)が得られる。この特性は、以下 で述べるように、交流発電機の励磁電流Ｉｅを定めるために用いられる。 本発明の２番目の実施態様においては、交流発電機の回転速度の推定時間特性 Ωａ(ｔ)を得るために、車載ナビゲーション用計算機を車両に装備できる可能性 を活用するのが有利である。すなわち、この計算機は、コースのルートを計算し 、ルートの各区間に関する区間距離や通行する道路の種類（自動車専用道路、高 速道路、街路、普通道路等）のような情報を提供するからである。こうして、予 め作成された道路の種類に 応じた回転速度Ωａの表を用いて、求める特性を計算することができる。更に、 ナビゲーション用計算機に、交通情報受信機７’が組み合わされている場合には 、ルートの各区間に、その区間上の交通密度に関する情報を付加することができ る。この場合、こうした情報に基づいて、各区間の推定走行時間および速度を導 き出すことができ、また、単純な比率によって、交流発電機の回転速度の推定時 間特性Ωａ(ｔ)を導き出すことができる。 次に、交流発電機の励磁電流Ｉｅの制御を定める。コースの開始時（瞬間ｔ₀ ）、すなわち、計算機１への電源投入時に、計算機は、例えば、バッテリの休止 時の無負荷電圧を測定することによって、バッテリ３の初期充電状態ＥＤＣ₀を 定める。この初期状態とバッテリの電流Ｉｂの測定値とによって、下記の方程式 を用いて、コース全体におけるバッテリ３の充電状態の変化を追跡することがで きる。 この方程式においてαは充電効率であり、Ｉｂがマイナスの場合（バッテリが消 費部品４に電源供給を行う場合）にはα＝１となり、Ｉｂがプラスの場合（交流 発電機によってバッテリが再充電されている場合）にはα≦１となる。 次に計算機１は、既に説明した方法のうちのいずれかによって、または、これ らの２つの方法の組み合わ せによって、交流発電機２の回転速度の時間特性Ωａ(ｔ)を計算する。 計算機は、その後、センサ９と測定手段１４とを用いて、消費部品４が吸収す る電流Ｉｃを測定する。計算機は、電流Ｉｃがコース全体の時間を通じて一定で あるとみなして、次に、予め定められた最適化戦略に基づいて励磁電流Ｉｅの時 間特性Ｉｅ(ｔ)を定める。例えば、Ωａが限界値Ω_idleよりも小さい場合にはＩ ｅがゼロとなり、Ωａがこの限界値よりも大きい場合にはＩｅが交流発電機のた めの最大効率を確保するようにＩｅを選択することができる。計算機１内に記憶 された交流発電機の効率曲線を表す図３上に示されているように、回転速度Ω_k について、(ａ)の番号が付けられた矢印をたどることにより、この効率が最大（ ここでは６０％）となるように電流Ｉａ_kを定め、この電流から、対応する励磁 電流Ｉｅ_kを得る。これに基づいて、あらゆる瞬間におけるバッテリ電流Ｉｂ＝ Ｉａ−Ｉｃを求め、これを方程式（１）に適用して、コースの終わりにおけるバ ッテリの最終的な充電状態ＥＤＣ_fを定める。こうして得られた最終的な充電状 態が、予め定められた最低値（例えば、バッテリの定格充電状態の７０％）を下 回る場合には、効率を最大にしつつ（図中の矢印(ｂ)、効率５０％、Ｉ’ａ_k、 Ｉ’ｅ_k)、交流発電機によって供給される電流Ｉａが、以前に計算された電流よ りも大きなものとなるように 励磁電流の時間特性Ｉｅ(ｔ)の再計算を行う。次に、このようにして計算された 時間特性Ｉｅ(ｔ)をメモリ１２に記録し、制御手段１５を介して交流発電機に適 用する。 特性Ｉｅ(ｔ)は消費部品４によって吸収される電流Ｉｃを再測定し、バッテリ の最終的な充電状態を再計算することによって、定期的に、例えば５分毎に再更 新される。 言うまでもなく、実施態様は例としての目的のみで説明および図示したもので あり、本発明はこれに限定されるものではない。交流発電機の速度の時間特性Ω ａ(ｔ)の決定のための最初の態様からの類推によって、以前のいくつかのコース で実施した記録に基づいて消費部品によって吸収される電流の時間特性Ｉｃ(ｔ) を定め、この特性を用いて、例えば車両の燃料消費や汚染物質の放出のような補 足的基準の最小限化を目指して、上記で説明した「試行錯誤法」以外のなんらか の最適化法を用いて励磁電流の特性を定めることもできるであろう。 符号の説明 １...計算機、２...交流発電機、３...バッテリ、４...消費部品、５...点火 または噴射用計算機、６...運転者用情報装置、７...ナビゲーション用計算機、 ７’...交通情報受信機、８，９...電流センサ、１１...計算手段、１２...記憶 手段、 １３...通信手段、１４...測定手段、１５...制御手段、Ｉａ...交流発電機から 供給される電流、Ｉｂ...バッテリの電流、Ｉｃ...吸収される電流、Ｉｅ...励 磁電流、Ｉｅ(ｔ)...励磁電流の時間特性、Ωａ...交流発電機の回転速度、Ωａ (ｔ)...交流発電機の回転速度の時間特性、Ω_idle...アイドリング回転における 交流発電機の回転数、Ｎ...エンジンの回転数、ＥＤＣ...バッテリの充電状態、 ＥＤＣmin...バッテリの充電状態の最低限界値

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 内燃機関を備えた自動車の電気消費部品（４）に供給され、またバッテリ （３）に再充電を行う電流を供給する交流発電機（２）の制御方法であって、 コース上におけるエンジンと車両の動作条件に応じて交流発電機の励磁電流 （Ｉｅ）の値を制御する、 交流発電機の制御方法において、 それぞれのコースについて、 ａ)バッテリの初期充電状態（ＥＤＣ₁）を求め、 ｂ)コースについての交流発電機の回転速度の推定時間特性（Ωａ(ｔ)）を計 算し、 ｃ)消費部品によって吸収される電流（Ｉｃ）を測定し、 ｄ)コースの終わりに、バッテリの最終的な充電状態（ＥＤＣ_f）が少なくとも 予め定められた最低限界値に等しくなるような交流発電機の励磁電流の最適な時 間特性（Ｉｅ(ｔ)）を定め、 ｅ)定められた電流特性に応じて励磁電流（Ｉｅ）の値を制御する、 ことを特徴とする交流発電機の制御方法。 ２． コースの時全時間にわたって、前記ステップｃおよびｄを定期的に繰り返 す、請求項１記載の方法。 ３． 以前の幾つかのコースで実施した記録に基づいて交流発電機の回転速度の 時間特性（Ωa(ｔ)）を計算する、請求項１または２に記載の方法。 ４． 車両に搭載されたナビゲーション装置（７）によって提供される予定コー スに関する情報に基づいて交流発電機の回転速度の時間特性(Ωａ(ｔ))を計算す る、請求項１または２に記載の方法。 ５． 更に、対象となるコース上の交通密度に関する情報を利用する、請求項４ に記載の方法。 ６． 交流発電機の回転速（Ωａ(ｔ)）が予め定められた限界値（Ω_idle）を上 回る場合には交流発電機の効率が最大となり、逆の場合には励磁電流がゼロとな るように励磁電流の最適な時間特性（Ｉｅ(ｔ)）を計算する、請求項１または２ に記載の方法。 ７． 請求項１または２に記載の方法を実施するための装置において、 エンジン管理装置（５）およびナビゲーション装置（７）のうちの少なくと も一方と通信するための手段（１３）と、 バッテリ（ＢＡＴ）の充電状態（ＥＤＣ）、および車両の電気消費部品に供 給される電流（Ｉｃ）の値を求めるのに適した測定手段（１４）と、 各コースの開始時に、通信手段によって伝達される情報に基づいてコースに ついての交流発電機の回転速度の推定時間特性（Ωａ(ｔ)）を計算し、コース の終わりに、測定手段によって提供された情報に応じてバッテリの最終的な充電 状態（ＥＤＣ_f）が少なくとも予め定められた最低限界値に等しくなるように交 流発電機の励磁電流の最適な時間特性(Ｉｅ(ｔ))を定めるのに適した計算手段（ １１）および記憶手段（１２）と、 交流発電機に供給される励磁電流（Ｉｅ）の値の制御手段（１５）とを組み合 わせて含む、 ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法を実施するための装置。