JP2004135393A - 車両用交流発電機故障判定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】より正確に故障判定が行える車両用交流発電機故障判定装置を提供する。
【解決手段】機関によって駆動される交流発電機の交流出力を整流する発電機整流装置の最大電圧を検出する最大電圧検出手段１と、前記発電機整流装置の最小電圧を検出する最小電圧検出手段２と、前記両検出手段の出力から差分電圧を検出する電圧差算出手段３と、この電圧差算出手段の出力が所定電圧以上の場合に交流発電機が故障していると判断する故障判定手段４と、を備えた。
【選択図】 図１
【解決手段】機関によって駆動される交流発電機の交流出力を整流する発電機整流装置の最大電圧を検出する最大電圧検出手段１と、前記発電機整流装置の最小電圧を検出する最小電圧検出手段２と、前記両検出手段の出力から差分電圧を検出する電圧差算出手段３と、この電圧差算出手段の出力が所定電圧以上の場合に交流発電機が故障していると判断する故障判定手段４と、を備えた。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用交流発電機故障判定装置、特に車両用発電機の故障を判定する際の故障判定条件の決定に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用交流発電機故障判定手段を有する自動車の診断装置においては、車両用交流発電機整流装置出力のリップル電圧の発生周期を測定し、その周期の変動によってステータコイル、整流装置内整流素子の故障を検出している。ステップ毎に説明すると、第１のステップでは、ある時点でのリップル電圧波形の周期を読み込み、その周期が０もしくは所定値αより大きい場合はステータコイルの故障であると判定する。第２のステップでは、ある時点でのリップル電圧波形周期と１つ前のリップル電圧波形周期との差を算出し、その変化が所定値β以上であれば、整流装置の故障であると判定する。第３のステップでは、平均電圧を読み込み、第４のステップでは、その平均電圧と基準電圧との差を算出し、その差が所定値γ以上であれば、電圧調整装置の故障であると判定する（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実開平１−２５３３３号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記説明したように従来の車両用交流発電機故障手段では、車両用交流発電機が通常発電状態にある時の電圧差の小さなリップル電圧波形を検出し、周期を算出している。そのために、車両用交流発電機整流装置出力の直流成分を取り除きリップル検出を行っているが、車両用交流発電機は常時発電を行っているのではなく、不定期な間欠発電を行っている。また、車両用交流発電機の回転数は車両の機関の回転数に依存する。以上の事由により、車両用交流発電機の出力電圧は時間によって変化しているので、直流成分を取り除くだけでは、動作状況の切り替わりによるリップル成分の除去が完全には行えず、更に雑音による影響も大きいので、前記リップル成分や雑音と故障によるリップル電圧との区別がつけにくいといった問題点があった。また、以上の事由により、車両用交流発電機の出力電圧は時間によって変化しているので、平均電圧算出も正確な平均値が算出されないといった問題点があった。
【０００５】
本発明は上記の課題を解消するためになされたもので、より正確に故障判定が行える車両用交流発電機故障判定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解消するためになされたものであり、機関によって駆動される交流発電機の交流出力を整流する発電機整流装置の最大電圧と最小電圧からこれらの差分電圧を検出し、その差分電圧が所定電圧以上の場合に交流発電機が故障していると判断する車両用交流発電機故障判定装置を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る車両用交流発電機の故障判定装置は実際に故障によって発生しているリップル電圧波形を電圧波形の最大電圧値、最小電圧値を検出し、その差分電圧値から検出することによって検出している。また、上記動作を一定周期毎或いは車両用交流発電機の回転数に応じた周期毎に測定、算出することによって、誤検出を削減している。また故障検出だけでなく故障個所、故障モードの推定を行うべく、リップル電圧の波形の監視も行い、故障モードの推定も行う。また更に誤検出を減少させるために、車両用交流発電機の動作状況、車両の動作状況、車両内電気負荷の動作状況を考慮して故障判定装置の動作時期を決定し本発明に係る車両用交流発電機故障判定装置によれば、従来誤検出が多かったリップル電圧波形の検出による故障検出に対し、より誤検出の少ない故障判定が可能になる。また故障個所推定、故障モード推定も含めた故障検出も可能になる。以下この発明を各実施の形態に従って説明する。
【０００８】
実施の形態１．
図１は本発明の一実施の形態による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。車両用交流発電機の整流素子或いはステータコイルに故障があった場合には、交流発電機整流装置１００の出力電圧波形が通常動作時より大きなリップル電圧波形を含む波形となる。図２には正常時と故障時の波形を示し、（ａ）は通常発電時、（ｂ）は整流素子１個開放故障、（ｃ）は整流素子２個開放故障、（ｄ）は整流素子１個短絡故障、（ｅ）はステータコイル１相断線故障の場合をそれぞれ示す。本発明はこれを利用し、車両用交流発電機の故障判定を行う故障判定装置である。
【０００９】
また、本願発明の車両交流発電機故障判定装置は、一般に例えば図１６に示すように、機関によって駆動される交流発電機１１０、この交流発電機の交流出力を整流する交流発電機整流装置１００、そして交流発電機の交流出力を所定値にするように交流発電機を制御する電圧調整装置１２０を含む車両の充電系統から状態情報を読み込み、所定の診断処理を実施するものである。
【００１０】
図１において、最大電圧検出装置１は入力された車両用交流発電機整流装置１００の出力電圧の最大電圧Ｖｍａｘ１を検出する。最小電圧検出装置２は入力された車両用交流発電機整流装置１００の出力電圧の最小電圧Ｖｍｉｎ１を検出する。これらの電圧検出装置１，２は最大値（又は最小値）ホールド回路或いはマイクロコンピュータ（以下マイコン）のＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに車両用交流発電機整流装置の出力を入力することで実現可能である。電圧差算出装置３は最大電圧検出装置１の出力と最小電圧検出装置２の出力の差Ｖｄｉｆｆ１を検出する。電圧差算出装置３はアナログの減算回路或いは前記最大電圧検出装置１および最小電圧検出装置２の出力をＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに入力したマイコン内の演算器で実現可能である。故障判定装置４は電圧差算出装置３の出力Ｖｄｉｆｆ１と予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ１を比較し、電圧差算出装置３出力Ｖｄｉｆｆ１が予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ１以上の場合（式（１）参照）、故障と判定を行う。
【００１１】
Ｖｄｉｆｆ１ ＝ Ｖｍａｘ１ − Ｖｍｉｎ１ ≧ Ｖｔｈ１・・・（１）
【００１２】
なお、本発明の車両用交流発電機故障判定装置はマイクロコンピュータでも構成でき、その場合には図１の１〜４はコンピュータにおける機能ブロックとなり、またメモリＭを含む。
【００１３】
図３にこの動作のフローチャートを示す。ステップ００１で動作中の車両用交流発電機出力Ｖａｌｔとしての例えば図１に示すように車両用交流発電機整流装置１００の出力電圧の最大電圧Ｖｍａｘ１を測定し、メモリ（図１のＭ）に記憶或いは最大値ホールド回路（図１の１）で保持する。ステップ００２で同様に動作中の車両用交流発電機出力Ｖａｌｔとしての交流発電機整流装置１００の出力電圧の最小電圧Ｖｍｉｎ１を測定し、メモリに記憶或いは最小値ホールド回路（図１の２）で保持する。ステップ００３でステップ００１で測定された交流発電機整流装置出力の最大電圧Ｖｍａｘ１とステップ００２で測定された交流発電機整流装置出力の最小電圧Ｖｍｉｎ１との差Ｖｄｉｆｆ１（絶対値）を算出し、メモリに記憶或いはアナログ出力する。ステップ００４でステップ００３で算出された電圧差Ｖｄｉｆｆ１と予め定めたられた故障判定閾電圧Ｖｔｈ１を比較し、電圧差算出装置出力Ｖｄｉｆｆ１が故障判定閾電圧Ｖｔｈ１以上の場合は故障であると判断する。
【００１４】
本実施の形態の場合、車両用交流発電機の故障時の電圧低下を電圧絶対値で検出するのではなく、最大電圧と最小電圧との差で検出するため、誤検出が低減可能である。また電圧低下だけでなく、過充電が発生している場合にも電圧低下を絶対電圧値で検出するものは未検出になるが、最大電圧と最小電圧の電圧差の大きさで検出する本実施の形態では検出が可能となる。
【００１５】
実施の形態２．
図４は本発明の別の実施の形態による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。上記実施の形態と同様に図２に示すように車両用交流発電機の整流素子或いはステータコイルに故障があった場合には、整流装置の出力電圧波形が通常動作時より大きなリップル電圧波形を含む波形となることを利用し、車両用交流発電機の故障判定を行う故障判定装置である。
【００１６】
図４において、Ａは各装置を所定の周期で動作させる一定周囲動作機能を示し、ハードウェアであれば例えば後述の実施の形態に示すように各装置に同期信号を与えて一定周囲動作させる。最大電圧検出装置５は指定された周期内での入力された車両用交流発電機整流装置１００の出力電圧の最大電圧Ｖｍａｘ２を検出する。最小電圧検出装置６は指定された周期内での入力された車両用交流発電機整流装置１００の出力電圧の最小電圧Ｖｍｉｎ２を検出する。これらの電圧検出装置５，６はリセット回路付き最大値（又は最小値）ホールド回路或いはマイコンのＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに車両用交流発電機整流装置１００の出力を入力することで実現可能である。電圧差算出装置７は最大電圧検出装置５と最小電圧検出装置６出力の差Ｖｄｉｆｆ２を検出する。電圧差算出装置７はアナログの減算回路或いは前記最大電圧検出装置出力と前記最小電圧検出装置出力をＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに入力したマイコン内の演算器で実現可能である。故障判定装置８は電圧差算出装置７の出力Ｖｄｉｆｆ２と周期毎に予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ２を比較し、電圧差算出装置７の出力Ｖｄｉｆｆ２が予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ２以上の場合（式（２）参照）、故障と判定を行う。
【００１７】
Ｖｄｉｆｆ２ ＝ Ｖｍａｘ２ − Ｖｍｉｎ２ ≧ Ｖｔｈ２・・・（２）
【００１８】
なお、本発明の車両用交流発電機故障判定装置はマイクロコンピュータでも構成でき、その場合には図４の５〜８はコンピュータにおける機能ブロックとなり、またメモリＭを含む。
【００１９】
図５にこの動作のフローチャートを示す。ステップ００５で動作中の車両用交流発電機出力Ｖａｌｔである交流発電機整流装置出力の所定周期毎の最大電圧Ｖｍａｘ２を測定し、メモリ（図４のＭ）に記憶或いは最大値ホールド回路（図４の５）で保持する。ステップ００６で同様に動作中の交流発電機整流装置出力の所定周期毎の最小電圧Ｖｍｉｎ２を測定し、メモリに記憶或いは最小値ホールド回路（図４の６）で保持する。ステップ００７でステップ００５で所定周期毎に測定された交流発電機整流装置出力の最大電圧Ｖｍａｘ２とステップ００６で所定周期毎に測定された交流発電機整流装置出力の最小電圧Ｖｍｉｎ２との差Ｖｄｉｆｆ２（絶対値）を算出し、メモリに記憶或いはアナログ出力する。ステップ００８でステップ００７で算出された電圧差Ｖｄｉｆｆ２と予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ２を比較し、電圧差算出装置出力Ｖｄｉｆｆ２が故障判定閾電圧Ｖｔｈ２以上の場合は故障であると判定する。
【００２０】
本実施の形態の場合、短い周期で車両用交流発電機出力の最大電圧、最小電圧を検出することによって、機関の始動時などに発生する平均電圧の揺らぎが原因で最大電圧と最小電圧の電圧差が大きくなることによる故障誤検出を防止することが可能となる。
【００２１】
実施の形態３．
図６は本発明の別の実施の形態による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように車両用交流発電機の整流素子或いはステータコイルに故障があった場合には、整流装置の出力電圧波形が通常動作時より大きなリップル電圧波形を含む波形となることを利用し、車両用交流発電機の故障判定を行う故障判定装置である。動作周期変更装置９は車両の動作状態、車両用交流発電機の動作状態に応じて車両用交流発電機故障判定装置の動作周期を変更する。
【００２２】
図６において、動作周期変更装置９は前記車両の状態として車両用交流発電機回転数検出装置１０３で車両用交流発電機の回転数を検出し、その回転数に応じた動作周期を決定する。回転数検出装置１０３はエンジン回転数ＥＬより車両用交流発電機の回転数を推定することや磁気センサーなどを利用することで実現可能である。なお、回転数検出装置１０３を設けず外部から車両用交流発電機の回転数を直接入力してもよい（マイクロコンピュータで構成する場合も含めて以下同様）。最大電圧検出装置５は動作周期変更装置９より指定された周期内での入力された車両用交流発電機整流装置１００の出力電圧の最大電圧Ｖｍａｘ３を検出する。最小電圧検出装置６は動作周期変更装置９より指定された周期内での入力された車両用交流発電機整流装置１００の出力電圧の最小電圧Ｖｍｉｎ３を検出する。これらの電圧検出装置５，６はリセット回路付き最大値（又は最小値）ホールド回路或いはマイコンのＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに交流発電機整流装置の出力を入力することで実現可能である。
【００２３】
電圧差算出装置７は最大電圧検出装置５と最小電圧検出装置６の出力の差Ｖｄｉｆｆ３を検出する。電圧差算出装置７はアナログの減算回路或いは前記最大電圧検出装置出力と前記最小電圧検出装置出力をＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに入力したマイコン内の演算器で実現可能である。故障判定装置８は電圧差算出装置７の出力Ｖｄｉｆｆ３と動作周期変更装置９で指定された周期毎に予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ３を比較し、電圧差算出装置７の出力Ｖｄｉｆｆ３が予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ３以上の場合（式（３）参照）は故障であると判定する。
【００２４】
Ｖｄｉｆｆ３ ＝ Ｖｍａｘ３ − Ｖｍｉｎ３ ≧ Ｖｔｈ３・・・（３）
【００２５】
なお、本発明の車両用交流発電機故障判定装置はマイクロコンピュータでも構成でき、その場合には図６の５〜９、さらに場合によっては１０３も含めてコンピュータにおける機能ブロックとなり、またメモリＭを含む。
【００２６】
図７にこの動作のフローチャートを示す。ステップ００９で車両用交流発電機故障判定装置の動作周期をエンジン回転数などの情報から車両用交流発電機の回転数を得て、決定する。ステップ０１０で車両用交流発電機出力Ｖａｌｔとしての例えば交流発電機整流装置出力のステップ００９において決定された周期毎の動作中の最大電圧Ｖｍａｘ３を測定し、メモリ（図６のＭ）に記憶或いは最大値ホールド回路（図６の５）で保持する。ステップ０１１で同様にステップ００９において決定された周期毎の動作中の交流発電機整流装置出力の最小電圧Ｖｍｉｎ３を測定し、メモリ（図６のＭ）に記憶或いは最小値ホールド回路（図６の６）で保持する。ステップ０１２でステップ００９で決定された周期毎にステップ０１０で測定された交流発電機整流装置出力の最大電圧Ｖｍａｘ３と、ステップ００９で決定された周期毎にステップ０１１で測定された交流発電機整流装置出力の最小電圧Ｖｍｉｎ３との差Ｖｄｉｆｆ３（絶対値）を算出し、メモリに記憶或いはアナログ出力する。ステップ０１３でステップ０１２で算出された電圧差Ｖｄｉｆｆ３と予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ３を比較し、電圧差算出装置出力Ｖｄｉｆｆ３が故障判定閾電圧Ｖｔｈ３以上の場合は故障であると判定する。
【００２７】
本実施の形態の場合、車両用交流発電機の回転数が低い場合に長い周期での車両用交流発電機出力の最大電圧、最小電圧を測定し、車両用交流発電機の回転数が高い場合には短い周期での車両用交流発電機の最大電圧、最小電圧を測定することによって、回転数が低い場合にでも故障によるリップル波形を取りこぼすことなく、確実に故障判定が行うことが可能となる。
【００２８】
実施の形態４．
図８は本発明の別の実施の形態による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように車両用交流発電機の整流素子或いはステータコイルに故障があった場合には、整流装置の出力電圧波形が通常動作時より大きなリップル電圧波形を含む波形となること、およびフィールドコイル或いは電圧調整装置に故障があった場合には整流装置の出力電圧が所定電圧から大きく外れるということを利用し、車両用交流発電機の故障判定を行う故障判定装置である。動作周期変更装置９は車両の動作状態、車両用交流発電機の動作状態に応じて車両用交流発電機故障判定装置の動作周期を変更する。
【００２９】
図８において、動作周期変更装置９は前記車両の状態として車両用交流発電機回転数検出装置１０３で車両用交流発電機の回転数を検出し、その回転数に応じた動作周期を決定する。回転数検出装置１０３はエンジン回転数ＥＬより車両用交流発電機の回転数を推定することや磁気センサーなどを利用することで実現可能である。最大電圧検出装置５は動作周期変更装置９より指定された周期内での入力された車両用交流発電機整流装置１００の出力電圧の最大電圧Ｖｍａｘ４を検出する。最小電圧検出装置６は前記動作周期変更装置９より指定された周期内での入力された車両用交流発電機整流装置１００の出力電圧の最小電圧Ｖｍｉｎ４を検出する。これらの電圧検出装置５、６はリセット回路付き最大値（又は最小値）ホールド回路或いはマイコンのＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに車両用交流発電機整流装置の出力を入力することで実現可能である。
【００３０】
電圧差算出装置７は最大電圧検出装置５と最小電圧検出装置６の出力の差Ｖｄｉｆｆ４を検出する。電圧差算出装置７はアナログの減算回路或いは前記最大電圧検出装置出力と前記最小電圧検出装置出力をＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに入力したマイコン内の演算器で実現可能である。リップル電圧による故障判定装置１１は動作周期変更装置９で指定された周期毎に電圧差算出装置７の出力Ｖｄｉｆｆ４と予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ４を比較し、電圧差算出装置出力Ｖｄｉｆｆ４が予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ４以上の場合（式（４）参照）は故障であると判断する。
【００３１】
Ｖｄｉｆｆ４ ＝ Ｖｍａｘ４ − Ｖｍｉｎ４ ≧ Ｖｔｈ４・・・（４）
【００３２】
また平均電圧算出装置１０は動作周期変更装置９で指定された周期内でのローパスフィルター３０を通過した後の交流発電機整流装置１００の出力の平均電圧Ｖａｖｅ４を算出する。平均電圧算出装置１０はローパスフィルター回路とマイコン内の平均電圧算出機能で実現可能である。平均電圧による故障判定装置１２は動作周期変更装置９で指定された周期毎に平均電圧算出装置１０の出力と予め定められた故障判定閾平均電圧上限Ｖｔｈ ｔｏｐ４、故障判定閾平均電圧下限Ｖｔｈ ｂｏｔ４とを比較する。平均電圧Ｖａｖｅ４が故障判定閾平均電圧上限Ｖｔｈ ｔｏｐ４以上或いは故障判定閾平均電圧下限Ｖｔｈ ｂｏｔ４以下（式（５）参照）の場合は車両用交流発電機の電圧調整装置の故障として判定する。
【００３３】
Ｖａｖｅ４ ≧ Ｖｔｈ ｔｏｐ４ 又は Ｖａｖｅ４ ≦ Ｖｔｈ ｂｏｔ４・・・（５）
【００３４】
なお、本発明の車両用交流発電機故障判定装置はマイクロコンピュータでも構成でき、その場合には図８の５〜１２、さらに場合によっては１０３も含めてコンピュータにおける機能ブロックとなり、またメモリＭを含む。
【００３５】
図９にこの動作のフローチャートを示す。ステップ０１４で動作中の車両用交流発電機故障判定装置の動作周期をエンジン回転数などの情報から車両用交流発電機の回転数を得て、決定する。ステップ０１５で車両用交流発電機出力Ｖａｌｔとしての例えば交流発電機整流装置出力のステップ０１４において決定された周期毎の最大電圧Ｖｍａｘ４を測定し、メモリ（図８のＭ）に記憶或いは最大値ホールド回路（図８の５）で保持する。ステップ０１６で同様にステップ０１４において決定された周期毎の交流発電機整流装置出力の最小電圧Ｖｍｉｎ４を測定し、メモリ（図８のＭ）に記憶或いは最小値ホールド回路（図８の６）で保持する。ステップ０１８でステップ０１４において決定された周期毎にステップ０１５において測定された交流発電機整流装置出力の最大電圧Ｖｍａｘ４とステップ０１４において決定された周期毎にステップ０１６において測定された交流発電機整流装置出力の最小電圧Ｖｍｉｎ４との差Ｖｄｉｆｆ４（絶対値）を算出し、メモリに記憶或いはアナログ出力する。ステップ０１９でステップ０１８において算出された電圧差Ｖｄｉｆｆ４と予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ４を比較し、電圧差算出装置出力Ｖｄｉｆｆ４が故障判定閾電圧Ｖｔｈ以上の場合は故障であると判定する。
【００３６】
ステップ０１７でステップ０１４において決定された周期毎の車両用交流発電機出力Ｖａｌｔここでは交流発電機整流装置出力のローパスフィルターを通過した後の出力の平均電圧Ｖａｖｅ４を算出し、メモリに記憶する。ステップ０２０でステップ０１４において算出された車両用交流発電機出力の平均電圧Ｖａｖｅ４と予め定められた故障判定閾電圧範囲上限Ｖｔｈ ｔｏｐ４と故障判定閾電圧範囲下限Ｖｔｈ ｂｏｔ４を比較し、平均電圧Ｖａｖｅ４が故障判定閾電圧範囲上限Ｖｔｈ ｔｏｐ４以上或いは故障判定閾電圧範囲下限Ｖｔｈ ｂｏｔ４以下である場合は故障であると判定する。
【００３７】
本実施の形態の場合、車両用交流発電機出力のリップル電圧波形の最大電圧と最小電圧との差分による整流素子、ステータコイルの故障判定に加え、車両用交流発電機の回転数に応じた判定周期内での平均電圧を測定することによって、車両用交流発電機のフィールドコイル、電圧調整装置の故障も判定することが可能となる。
【００３８】
実施の形態５．
図１０は本発明の別の実施の形態による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように車両用交流発電機の整流装置或いはステータコイルに故障があった場合には、整流装置の出力電圧波形が通常動作時より大きなリップル電圧波形を含む波形となるということと、整流装置に故障があった場合とステータコイルに故障があった場合とでは、同一回転数、同一周期内での整流装置からの出力電圧波形に含まれるリップル電圧の発生回数が異なるということを利用し、車両用交流発電機の故障判定かつ故障個所の推定を行う。
【００３９】
図１０において、動作周期変更装置９は車両の動作状態、車両用交流発電機の動作状態に応じて車両用交流発電機故障判定装置の動作周期を変更する。動作周期変更装置９は前記車両の状態として交流発電機回転数検出装置１０３で車両用交流発電機の回転数を検出し、その回転数に応じた動作周期を決定する。回転数検出装置１０３はエンジン回転数ＥＬより車両用交流発電機の回転数を推定することや磁気センサーなどを用いて実現可能である。平均電圧算出装置１０は動作周期変更装置９で指定された周期内での平均電圧Ｖａｖｅ５を算出する。平均電圧算出装置１０はマイコン内で実現可能である。リップル電圧検出装置１３は平均電圧算出装置１０の出力Ｖａｌｔ５から１周期前の平均電圧Ｖａｖｅ５’を減じ、その絶対値を算出し、前記電圧差絶対値が予め定められたリップル判定電圧差Ｖｔｈ５以上になった場合（式（６）参照）、リップル電圧として検出する。
【００４０】
｜Ｖａｌｔ５ − Ｖａｖｅ５’｜ ≧ Ｖｔｈ５・・・（６）
【００４１】
リップル電圧検出装置１３はコンパレーター回路或いはマイコンや絶対値回路、減算回路などを用いることで実現可能である。リップル電圧計数装置１４はリップル電圧検出装置１３で検出されたリップル電圧の発生回数を動作周期変更装置９で決定された動作周期内で計数する。リップル電圧計数装置１４はリセット回路付きカウンター回路或いはマイコンで実現可能である。故障個所推定装置１５はリップル電圧計数装置１４の出力Ｓｒｉｐ５と予め定められた故障箇所推定閾計数Ｓｔｈ５を比較し、リップル電圧計数装置出力が故障個所推定閾計数以上（式（７）参照）である場合は、車両用交流発電機のステータコイルの故障であると判定し、リップル電圧計数装置出力Ｓｒｉｐ５が予め定められた故障個所推定閾計数Ｓｔｈ５以下である場合（式（８）参照）は車両用交流発電機の整流装置の故障であると判定する。
【００４２】
Ｓｒｉｐ５ ≧ Ｓｔｈ５・・・（７）
Ｓｒｉｐ５ ≦ Ｓｔｈ５・・・（８）
【００４３】
なお、本発明の車両用交流発電機故障判定装置はマイクロコンピュータでも構成でき、その場合には図９，１０，１３〜１５、さらに場合によっては１０３も含めてコンピュータにおける機能ブロックとなり、またメモリＭを含む。
【００４４】
図１１にこの動作のフローチャートを示す。ステップ０２１で動作中の車両用交流発電機故障判定装置の動作周期をエンジン回転数などの情報から車両用交流発電機の回転数を推定し、決定する。ステップ０２２で車両用交流発電機整流装置出力Ｖａｌｔ５（実際に使用するのは例えば図１０の交流発電機整流装置１００の出力）から前周期での平均電圧Ｖａｖｅ５’を減じその絶対値を算出しメモリ（図１０のＭ）に記憶或いはホールド回路（図１０の１３）で保持する。ステップ０２３でステップ０２２において算出された電圧差絶対値と予め定められたリップル判定電圧差とを比較し、電圧差絶対値がリップル判定電圧差以上になった場合、ステップ０２４でカウンターを１増加させる。ステップ０２５でステップ０２１において定められた周期毎の車両用交流発電機整流装置出力の平均値を算出する。ステップ０２６でステップ０２５において計数されたリップル電圧発生回数Ｓｒｉｐ５と予め定められた故障個所推定閾計数Ｓｔｈ５を比較し、リップル電圧発生回数Ｓｒｉｐ５が故障箇所推定閾計数Ｓｔｈ５以上の場合は、車両用交流発電機のステータコイルの故障であると判定し（ステップ０２６ａ）、リップル電圧発生回数Ｓｒｉｐ５が故障個所推定閾計数Ｓｔｈ５より小さい場合は、整流装置の故障であると判定する（ステップ０２６ｂ）。
【００４５】
本実施の形態の場合、車両用交流発電機全体としての故障判定だけでなく、故障によるリップル電圧波形の監視を行うことによって、車両用交流発電機の整流装置の故障とステータコイルの故障を推定することが可能となる。
【００４６】
実施の形態６．
図１２は本発明の別の実施の形態による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように車両用交流発電機の整流装置内の整流素子に故障があった場合に、整流装置の出力電圧波形が通常動作時より大きなリップル電圧波形を含む電圧波形となるということと、整流装置内の整流素子に故障があった場合には、整流装置内の整流素子故障個所数、故障モードに応じて故障による発生リップル電圧波形の電圧降下波形の半値幅が異なるということを利用し、車両用交流発電機の故障判定かつ故障個所の推定を行う故障判定装置である。
【００４７】
図１２において、動作周期変更装置９は車両の動作状態、車両用交流発電機の動作状態に応じて車両用交流発電機故障判定装置の動作周期を変更する。動作周期変更装置９は車両の動作状態として車両用交流発電機回転数検出装置１０３で車両用交流発電機の回転数を検出し、その回転数に応じた動作周期を決定する。交流発電機回転数検出装置１０３はエンジン回転数より車両用交流発電機の回転数を推定することや磁気センサーなどを利用することで実現可能である。最大電圧検出装置５は動作周期変更装置９より指定された周期内で入力された交流発電機整流装置１００の出力電圧の最大電圧Ｖｍａｘ６を検出する。最小電圧検出装置６は動作周期変更装置９より指定された周期内で入力された交流発電機整流装置１００の出力電圧の最小電圧Ｖｍｉｎ６を検出する。これらの電圧検出装置５、６はリセット回路付き最大値（又は最小値）ホールド回路或いはマイコンのＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに交流発電機整流装置の出力を入力することで実現可能である。
【００４８】
電圧差算出装置７は最大電圧検出装置５と最小電圧検出装置６の各出力Ｖｍａｘ６とＶｍｉｎ６の差Ｖｄｉｆｆ６を検出する（式（９）参照）。
【００４９】
Ｖｄｉｆｆ６ ＝ Ｖｍａｘ６ − Ｖｍｉｎ６・・・（９）
電圧差算出装置７はアナログの減算回路或いは両電圧検出装置５，６の出力をＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに入力したマイコン内の演算器で実現可能である。リップル電圧による故障判定装置１１は電圧差検出装置７の出力Ｖｄｉｆｆ６と予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ６とを比較し、電圧差検出装置出力Ｖｄｉｆｆ６が故障判定閾電圧Ｖｔｈ６以上の場合（式（１０）参照）は交流発電機整流装置１００に故障があったと判定する。
【００５０】
Ｖｄｉｆｆ６ ＝ Ｖｍａｘ６ − Ｖｍｉｎ６ ≧ Ｖｔｈ６・・・（１０）
【００５１】
リップル電圧による故障発生判定装置１１はコンパレーター或いはマイコンのＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに電圧差算出装置７の出力と故障判定閾電圧を入力することで実現可能である。
【００５２】
半値電圧算出装置１６は故障判定装置１１で交流発電機整流装置１００に故障が発生していると判定された場合に最大電圧検出装置出力Ｖｍａｘ６と最小電圧検出装置出力Ｖｍｉｎ６の算術平均Ｖｈａｌｆ６を算出する（式（１１）参照）。
【００５３】
Ｖｈａｌｆ ＝ （Ｖｍａｘ６ ＋ Ｖｍｉｎ６） ／ ２・・・（１１）
【００５４】
半値電圧算出装置１６はアナログ加算機と分圧回路或いはマイコンのＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに両電圧検出装置５，６の出力を入力することで実現可能である。電圧半値幅測定装置１７は故障判定装置１１で交流発電機整流装置１００に故障が発生していると判定された場合に交流発電機整流装置出力Ｖａｌｔ６が半値電圧算出装置１６の出力Ｖｈａｌｆ６を下回っている時間を測定する。電圧半値幅測定装置１７はコンパレーターとカウンター回路或いはマイコンのＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに半値電圧算出装置１６の出力Ｖｈａｌｆ６と交流発電機整流装置１００の出力Ｖａｌｔ６を入力することで実現可能である。
【００５５】
故障箇所推定装置１８は故障判定装置１１で交流発電機整流装置１００に故障が発生していると判定された場合に電圧半値幅測定装置１７の出力Ｔｈａｌｆ６と、故障個所推定閾時間算出装置３３で算出される交流発電機回転数検出装置１０３の出力に応じて定められた故障個所推定閾時間Ｔｔｈ６とを比較し、電圧半値幅測定装置１７の出力Ｔｈａｌｆ６が故障個所推定閾時間Ｔｔｈ６以下の場合（式（１２）参照）は整流装置内の整流素子が１個開放モードで故障していると判定し、大きい場合（式（１３）参照）は、整流装置内の整流素子が２個以上開放モードで故障或いは１個以上短絡モードで故障していると判定する。
【００５６】
Ｔｈａｌｆ６ ≦ Ｔｔｈ６・・・（１２）
Ｔｈａｌｆ６ ＞ Ｔｔｈ６・・・（１３）
【００５７】
故障個所推定装置１８はデジタルコンパレーター或いはマイコンで実現可能である。故障個所推定閾時間算出装置３１はアナログの減算回路或いはマイコン内の演算器で実現可能である。
【００５８】
なお、本発明の車両用交流発電機故障判定装置はマイクロコンピュータでも構成でき、その場合には図１２の５〜７，９，１１，１６〜１８，３１、さらに場合によっては１０３も含めてコンピュータにおける機能ブロックとなり、またメモリＭを含む。
【００５９】
図１３にこの動作のフローチャートを示す。ステップ０２７で動作中の車両用交流発電機故障判定装置の動作周期をエンジンの回転数などの情報から車両用交流発電機の回転数を推定し、決定する。ステップ０２８で車両用交流発電機出力Ｖａｌｔとしての例えば交流発電機整流装置出力のステップ０２７において決定された周期毎の最大電圧Ｖｍａｘ６を測定し、メモリ（図１２のＭ）に記憶或いは最大値ホールド回路（図１２の５）で保持する。ステップ０２９で同様にステップ０２７において決定された周期毎の交流発電機整流装置出力の最小電圧Ｖｍｉｎ６を測定し、メモリ（図１２のＭ）に記憶或いは最小値ホールド回路（図１２の６）で保持する。ステップ０３０でステップ０２７において決定された周期毎にステップ０２８において測定された交流発電機整流装置出力の最大電圧Ｖｍａｘ６とステップ０２９において測定された交流発電機整流装置出力の最小電圧Ｖｍｉｎ６との差Ｖｄｉｆｆ６（絶対値）を算出し、メモリに記憶或いはアナログ出力する。ステップ０３１でステップ０３０において算出された電圧差Ｖｄｉｆｆ６と予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ６を比較し、電圧差算出装置出力Ｖｄｉｆｆ６が故障判定閾電圧Ｖｔｈ６以上の場合は、故障が発生していると判定する（ステップ０３１ａ）。
【００６０】
ステップ０３２でステップ０３１において故障が発生していると判定された場合、ステップ０２８において測定された交流発電機整流装置出力の最大電圧Ｖｍａｘ６とステップ０２９において測定された交流発電機整流装置出力の最小電圧Ｖｍｉｎ６の算術平均Ｖｈａｌｆ６を算出し、メモリに記憶或いはアナログ出力する。ステップ０３３でステップ０３１ａにおいて故障が発生していると判定された場合、ステップ０３２において算出された算術平均電圧Ｖｈａｌｆ６と車両用交流発電機整流装置出力Ｖａｌｔ６を比較し、車両用交流発電機整流装置出力Ｖａｌｔ６が算術平均電圧Ｖｈａｌｆ６出力Ｖａｌｔ６以下になった時点でカウンタースタート（ステップ０３３ａ）、算術平均電圧Ｖｈａｌｆ６より大きくなった時点でカウンターストップさせる（ステップ０３３ｂ）。ステップ０３４でステップ０３１ａにおいて故障が発生していると判定された場合に、図２の（ｂ）と図２の（ｃ）、（ｄ）において、発生電圧低下波形の発生時間幅が異なる特性を利用し、ステップ０３３ａ、０３３ｂに当たる図１２の電圧半値幅測定装置１７で測定された電圧半値幅Ｔｈａｌｆ６とステップ０２７において測定された車両用交流発電機回転数に応じて図１２の故障個所推定閾時間算出装置３３で定められた故障個所推定閾時間Ｔｔｈ６をタイマカウンタの値と比較し、電圧半値幅Ｔｈａｌｆ６が故障個所推定閾時間Ｔｔｈ６以下の場合は、整流装置内の整流素子が１個開放モードで故障していると判定し（ステップ０３４ａ）、大きい場合は整流装置内の整流素子が２個以上開放モードで故障或いは１個以上短絡モードで故障していると判定する（ステップ０３４ｂ）。
【００６１】
本実施の形態の場合、車両用交流発電機全体としての故障判定だけでなく、故障によるリップル電圧波形の監視を行うことによって、車両用交流発電機整流装置の故障個所の推定、故障モードの推定を行うことが可能となる。
【００６２】
実施の形態７．
図１４は本発明の別の実施の形態による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。車両用交流発電機のフィールドコイルへ電流が供給された場合或いは車両内電機負荷に大きな変動が生じた場合或いは機関始動のため車両搭載の始動機が動作し機関が自発的に回転し出すまでの場合などに、大きな電圧変動が生じることを利用し、車両用交流発電機の故障判定を行う条件を決定する車両用交流発電機故障判定装置である。
【００６３】
図１４において、始動機駆動判定装置１９は車両搭載の始動機の駆動状態を判別し、始動機が動作中か停止中かを検出する。始動機駆動判定装置１９は始動機の駆動スイッチの状態を検出すること或いは始動機の回転数を磁気センサーなどを使用し検出することによって実現可能である。少なくとも始動機の駆動を判定するための始動機駆動判定信号１９ａが得られればよい。電気負荷変動算出装置２０は車両搭載電気負荷の駆動状態を検出し、電気負荷Ｐｅｌｅ７を算出する。電気負荷変動算出装置２０は車両搭載の各電気負荷のスイッチ情報および消費電力信号２０ａを一定周期毎に収集し、１周期前の電気負荷Ｐｅｌｅ７’との差分絶対値Ｐｄｉｆｆ７を一定周期毎に算出する（式（１４）参照）。
【００６４】
Ｐｄｉｆｆ７ ＝ ｜ Ｐｅｌｅ７ − Ｐｅｌｅ７’｜・・・（１４）
【００６５】
電気負荷変動判定装置２１は電気負荷変動算出装置２０の出力Ｐｅｌｅと予め定められた２１ａで示す電気負荷変動閾幅Ｐｔｈと比較し、電気負荷変動算出装置出力Ｐｄｉｆｆ７が電気負荷変動閾幅Ｐｔｈ以上の場合（式（１５）参照）は電気負荷の変動が大きいと判定する。
【００６６】
Ｐｄｉｆｆ７ ＝ ｜ Ｐｅｌｅ７ − Ｐｅｌｅ７’｜ ≧ Ｐｔｈ７・・・（１５）
【００６７】
機関動作状況判定装置２２は２２ａで示す車両エンジンの回転数Ｒｅｎｇ７を検出し、２２ｂで示す予め定められた動作判定閾エンジン回転数Ｒｔｈ７と比較し、車両エンジン回転数Ｒｅｎｇ７が動作判定閾回転数Ｒｔｈ以上の場合（式（１６）参照）は高回転時であると判定し、車両エンジン回転数Ｒｅｎｇ７が動作判定閾エンジン回転数Ｒｔｈ７より小さい場合（式（１７）参照）は低回転時であると判定する。
【００６８】
Ｒｅｎｇ７ ≧ Ｒｔｈ７・・・（１６）
Ｒｅｎｇ７ ＜ Ｒｔｈ７・・・（１７）
【００６９】
機関動作状況判定装置２２はエンジン制御装置からエンジン回転数情報、メモリＭ等から動作判定閾回転数を得て比較するコンパレータ或いはマイコンによって実現可能である。故障判定条件決定装置２３は始動機駆動判定装置１９で始動機が停止中であると判定され、かつ電気負荷変動判定装置２１で一定周期内の電気負荷変動幅が小さいと判定され、かつ機関動作状況判定装置２２でエンジンの回転数が低回転であると判定された場合に故障判定を行う条件が揃っていると判定する。故障判定条件条件決定装置は論理回路あるいはマイコンで実現可能である。故障判定装置８は故障判定条件決定装置２３で故障判定を行う条件が揃っていると判定された場合に車両用交流発電機の故障判定を行う。
【００７０】
なお、本発明の車両用交流発電機故障判定装置はマイクロコンピュータでも構成でき、その場合には１９〜２３、８はコンピュータにおける機能ブロックとなり、またメモリＭを含む。
【００７１】
図１５にこの動作のフローチャートを示す。ステップ０３５で車両搭載の始動機の駆動状態を検出する。ステップ０３８でステップ０３５において検出された車両搭載の始動機の駆動状態に応じて、始動機が動作中か否か判断する（ステップ０３８ａ、０３８ｂ）。ステップ０３６で車両搭載電気負荷の駆動状態を検出する。ステップ０３９でステップ０３６において検出された車両搭載電気負荷の駆動状態と１周期前に測定された車両搭載電気負荷の駆動状態との差分を検出する。ステップ０４１でステップ０３９において算出された車両搭載電気負荷変動幅と予め定められた電気負荷変動閾幅を比較し、電気負荷変動幅の大小を判定する（ステップ０４１ａ、０４１ｂ）。ステップ０３７で車両エンジンの回転数を検出する。ステップ０４０でステップ０３７において検出された車両エンジンの回転数と予め定められた動作判定閾エンジン回転数とを比較し、エンジン回転数の高低を判定する（ステップ０４０ａ、０４０ｂ）。ステップ０４２でステップ０３８において判定された車両搭載始動機の動作状態、ステップ０４１において判定された電気負荷の変動幅、ステップ０４０において判定された車両エンジン回転数の高低をもとに、車両用交流発電機故障判定装置の動作条件がそろっているかを判定する。
【００７２】
なお、始動機駆動判定装置１９、電気負荷変動判定装置２１、機関動作状況判定装置２２は少なくともいずれか１つを設ければ相当の効果がある。
【００７３】
本実施の形態の場合、車両用交流発電機の故障判定を行う際に誤検出の原因となる始動機や機関すなわちエンジンの動作状態、あるいは車両における負荷変動を判定し、例えば始動機駆動中や、故障判定装置の動作周期を決定するのに必要なエンジン回転数が高すぎる場合や、電気負荷変動が大きい場合には故障判定を行わない。このように車両動作状態或いは車両用交流発電機の動作状態に応じて車両用交流発電機故障判定装置の動作条件を監視し、動作させるか否かを決定させ、誤検出のより少ない車両用交流発電機の故障判定が可能となる。
【００７４】
【発明の効果】
以上本発明によれば、車両用交流発電機の故障時の電圧低下を電圧絶対値で検出するのではなく、最大電圧と最小電圧との差で検出するため、誤検出が低減可能である。また電圧低下だけでなく、過充電が発生している場合にも電圧低下を絶対電圧値で検出するものは未検出になるが、最大電圧と最小電圧の電圧差の大きさで検出するので検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】車両用交流発電機の正常発電時、故障発生時の特性を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１による車両用交流発電機故障判定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２による車両用交流発電機故障判定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態３による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態３による車両用交流発電機故障判定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態４による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態４による車両用交流発電機故障判定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態５による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態５による車両用交流発電機故障判定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態６による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態６による車両用交流発電機故障判定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態７による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の実施の形態７による車両用交流発電機故障判定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１６】本発明の車両用交流発電機故障判定装置に係わる車両の充電系統の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 最大電圧検出装置、２ 最小電圧検出装置、３ 電圧差算出装置、４ 故障判定装置、５ 最大電圧検出装置（周期動作）、６ 最小電圧検出装置（周期動作）、７ 電圧差算出装置（周期動作）、８ 故障判定装置（周期動作）、９ 動作周期変更装置、１０ 平均電圧算出装置（周期動作）、１１ リップル電圧による故障判定装置、１２ 平均電圧による故障判定装置、１３ リップル電圧検出装置、１４ リップル電圧計数装置、１５ 故障個所推定装置、１６ 半値電圧算出装置、１７ 電圧半値幅測定装置、１８ 故障個所推定装置、１９ 始動機駆動判定装置、２０ 電気負荷変動算出装置、２１ 電気負荷変動判定装置、２２
機関動作状況判定装置、２３ 故障判定条件決定装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用交流発電機故障判定装置、特に車両用発電機の故障を判定する際の故障判定条件の決定に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用交流発電機故障判定手段を有する自動車の診断装置においては、車両用交流発電機整流装置出力のリップル電圧の発生周期を測定し、その周期の変動によってステータコイル、整流装置内整流素子の故障を検出している。ステップ毎に説明すると、第１のステップでは、ある時点でのリップル電圧波形の周期を読み込み、その周期が０もしくは所定値αより大きい場合はステータコイルの故障であると判定する。第２のステップでは、ある時点でのリップル電圧波形周期と１つ前のリップル電圧波形周期との差を算出し、その変化が所定値β以上であれば、整流装置の故障であると判定する。第３のステップでは、平均電圧を読み込み、第４のステップでは、その平均電圧と基準電圧との差を算出し、その差が所定値γ以上であれば、電圧調整装置の故障であると判定する（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実開平１−２５３３３号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記説明したように従来の車両用交流発電機故障手段では、車両用交流発電機が通常発電状態にある時の電圧差の小さなリップル電圧波形を検出し、周期を算出している。そのために、車両用交流発電機整流装置出力の直流成分を取り除きリップル検出を行っているが、車両用交流発電機は常時発電を行っているのではなく、不定期な間欠発電を行っている。また、車両用交流発電機の回転数は車両の機関の回転数に依存する。以上の事由により、車両用交流発電機の出力電圧は時間によって変化しているので、直流成分を取り除くだけでは、動作状況の切り替わりによるリップル成分の除去が完全には行えず、更に雑音による影響も大きいので、前記リップル成分や雑音と故障によるリップル電圧との区別がつけにくいといった問題点があった。また、以上の事由により、車両用交流発電機の出力電圧は時間によって変化しているので、平均電圧算出も正確な平均値が算出されないといった問題点があった。
【０００５】
本発明は上記の課題を解消するためになされたもので、より正確に故障判定が行える車両用交流発電機故障判定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解消するためになされたものであり、機関によって駆動される交流発電機の交流出力を整流する発電機整流装置の最大電圧と最小電圧からこれらの差分電圧を検出し、その差分電圧が所定電圧以上の場合に交流発電機が故障していると判断する車両用交流発電機故障判定装置を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る車両用交流発電機の故障判定装置は実際に故障によって発生しているリップル電圧波形を電圧波形の最大電圧値、最小電圧値を検出し、その差分電圧値から検出することによって検出している。また、上記動作を一定周期毎或いは車両用交流発電機の回転数に応じた周期毎に測定、算出することによって、誤検出を削減している。また故障検出だけでなく故障個所、故障モードの推定を行うべく、リップル電圧の波形の監視も行い、故障モードの推定も行う。また更に誤検出を減少させるために、車両用交流発電機の動作状況、車両の動作状況、車両内電気負荷の動作状況を考慮して故障判定装置の動作時期を決定し本発明に係る車両用交流発電機故障判定装置によれば、従来誤検出が多かったリップル電圧波形の検出による故障検出に対し、より誤検出の少ない故障判定が可能になる。また故障個所推定、故障モード推定も含めた故障検出も可能になる。以下この発明を各実施の形態に従って説明する。
【０００８】
実施の形態１．
図１は本発明の一実施の形態による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。車両用交流発電機の整流素子或いはステータコイルに故障があった場合には、交流発電機整流装置１００の出力電圧波形が通常動作時より大きなリップル電圧波形を含む波形となる。図２には正常時と故障時の波形を示し、（ａ）は通常発電時、（ｂ）は整流素子１個開放故障、（ｃ）は整流素子２個開放故障、（ｄ）は整流素子１個短絡故障、（ｅ）はステータコイル１相断線故障の場合をそれぞれ示す。本発明はこれを利用し、車両用交流発電機の故障判定を行う故障判定装置である。
【０００９】
また、本願発明の車両交流発電機故障判定装置は、一般に例えば図１６に示すように、機関によって駆動される交流発電機１１０、この交流発電機の交流出力を整流する交流発電機整流装置１００、そして交流発電機の交流出力を所定値にするように交流発電機を制御する電圧調整装置１２０を含む車両の充電系統から状態情報を読み込み、所定の診断処理を実施するものである。
【００１０】
図１において、最大電圧検出装置１は入力された車両用交流発電機整流装置１００の出力電圧の最大電圧Ｖｍａｘ１を検出する。最小電圧検出装置２は入力された車両用交流発電機整流装置１００の出力電圧の最小電圧Ｖｍｉｎ１を検出する。これらの電圧検出装置１，２は最大値（又は最小値）ホールド回路或いはマイクロコンピュータ（以下マイコン）のＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに車両用交流発電機整流装置の出力を入力することで実現可能である。電圧差算出装置３は最大電圧検出装置１の出力と最小電圧検出装置２の出力の差Ｖｄｉｆｆ１を検出する。電圧差算出装置３はアナログの減算回路或いは前記最大電圧検出装置１および最小電圧検出装置２の出力をＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに入力したマイコン内の演算器で実現可能である。故障判定装置４は電圧差算出装置３の出力Ｖｄｉｆｆ１と予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ１を比較し、電圧差算出装置３出力Ｖｄｉｆｆ１が予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ１以上の場合（式（１）参照）、故障と判定を行う。
【００１１】
Ｖｄｉｆｆ１ ＝ Ｖｍａｘ１ − Ｖｍｉｎ１ ≧ Ｖｔｈ１・・・（１）
【００１２】
なお、本発明の車両用交流発電機故障判定装置はマイクロコンピュータでも構成でき、その場合には図１の１〜４はコンピュータにおける機能ブロックとなり、またメモリＭを含む。
【００１３】
図３にこの動作のフローチャートを示す。ステップ００１で動作中の車両用交流発電機出力Ｖａｌｔとしての例えば図１に示すように車両用交流発電機整流装置１００の出力電圧の最大電圧Ｖｍａｘ１を測定し、メモリ（図１のＭ）に記憶或いは最大値ホールド回路（図１の１）で保持する。ステップ００２で同様に動作中の車両用交流発電機出力Ｖａｌｔとしての交流発電機整流装置１００の出力電圧の最小電圧Ｖｍｉｎ１を測定し、メモリに記憶或いは最小値ホールド回路（図１の２）で保持する。ステップ００３でステップ００１で測定された交流発電機整流装置出力の最大電圧Ｖｍａｘ１とステップ００２で測定された交流発電機整流装置出力の最小電圧Ｖｍｉｎ１との差Ｖｄｉｆｆ１（絶対値）を算出し、メモリに記憶或いはアナログ出力する。ステップ００４でステップ００３で算出された電圧差Ｖｄｉｆｆ１と予め定めたられた故障判定閾電圧Ｖｔｈ１を比較し、電圧差算出装置出力Ｖｄｉｆｆ１が故障判定閾電圧Ｖｔｈ１以上の場合は故障であると判断する。
【００１４】
本実施の形態の場合、車両用交流発電機の故障時の電圧低下を電圧絶対値で検出するのではなく、最大電圧と最小電圧との差で検出するため、誤検出が低減可能である。また電圧低下だけでなく、過充電が発生している場合にも電圧低下を絶対電圧値で検出するものは未検出になるが、最大電圧と最小電圧の電圧差の大きさで検出する本実施の形態では検出が可能となる。
【００１５】
実施の形態２．
図４は本発明の別の実施の形態による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。上記実施の形態と同様に図２に示すように車両用交流発電機の整流素子或いはステータコイルに故障があった場合には、整流装置の出力電圧波形が通常動作時より大きなリップル電圧波形を含む波形となることを利用し、車両用交流発電機の故障判定を行う故障判定装置である。
【００１６】
図４において、Ａは各装置を所定の周期で動作させる一定周囲動作機能を示し、ハードウェアであれば例えば後述の実施の形態に示すように各装置に同期信号を与えて一定周囲動作させる。最大電圧検出装置５は指定された周期内での入力された車両用交流発電機整流装置１００の出力電圧の最大電圧Ｖｍａｘ２を検出する。最小電圧検出装置６は指定された周期内での入力された車両用交流発電機整流装置１００の出力電圧の最小電圧Ｖｍｉｎ２を検出する。これらの電圧検出装置５，６はリセット回路付き最大値（又は最小値）ホールド回路或いはマイコンのＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに車両用交流発電機整流装置１００の出力を入力することで実現可能である。電圧差算出装置７は最大電圧検出装置５と最小電圧検出装置６出力の差Ｖｄｉｆｆ２を検出する。電圧差算出装置７はアナログの減算回路或いは前記最大電圧検出装置出力と前記最小電圧検出装置出力をＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに入力したマイコン内の演算器で実現可能である。故障判定装置８は電圧差算出装置７の出力Ｖｄｉｆｆ２と周期毎に予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ２を比較し、電圧差算出装置７の出力Ｖｄｉｆｆ２が予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ２以上の場合（式（２）参照）、故障と判定を行う。
【００１７】
Ｖｄｉｆｆ２ ＝ Ｖｍａｘ２ − Ｖｍｉｎ２ ≧ Ｖｔｈ２・・・（２）
【００１８】
なお、本発明の車両用交流発電機故障判定装置はマイクロコンピュータでも構成でき、その場合には図４の５〜８はコンピュータにおける機能ブロックとなり、またメモリＭを含む。
【００１９】
図５にこの動作のフローチャートを示す。ステップ００５で動作中の車両用交流発電機出力Ｖａｌｔである交流発電機整流装置出力の所定周期毎の最大電圧Ｖｍａｘ２を測定し、メモリ（図４のＭ）に記憶或いは最大値ホールド回路（図４の５）で保持する。ステップ００６で同様に動作中の交流発電機整流装置出力の所定周期毎の最小電圧Ｖｍｉｎ２を測定し、メモリに記憶或いは最小値ホールド回路（図４の６）で保持する。ステップ００７でステップ００５で所定周期毎に測定された交流発電機整流装置出力の最大電圧Ｖｍａｘ２とステップ００６で所定周期毎に測定された交流発電機整流装置出力の最小電圧Ｖｍｉｎ２との差Ｖｄｉｆｆ２（絶対値）を算出し、メモリに記憶或いはアナログ出力する。ステップ００８でステップ００７で算出された電圧差Ｖｄｉｆｆ２と予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ２を比較し、電圧差算出装置出力Ｖｄｉｆｆ２が故障判定閾電圧Ｖｔｈ２以上の場合は故障であると判定する。
【００２０】
本実施の形態の場合、短い周期で車両用交流発電機出力の最大電圧、最小電圧を検出することによって、機関の始動時などに発生する平均電圧の揺らぎが原因で最大電圧と最小電圧の電圧差が大きくなることによる故障誤検出を防止することが可能となる。
【００２１】
実施の形態３．
図６は本発明の別の実施の形態による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように車両用交流発電機の整流素子或いはステータコイルに故障があった場合には、整流装置の出力電圧波形が通常動作時より大きなリップル電圧波形を含む波形となることを利用し、車両用交流発電機の故障判定を行う故障判定装置である。動作周期変更装置９は車両の動作状態、車両用交流発電機の動作状態に応じて車両用交流発電機故障判定装置の動作周期を変更する。
【００２２】
図６において、動作周期変更装置９は前記車両の状態として車両用交流発電機回転数検出装置１０３で車両用交流発電機の回転数を検出し、その回転数に応じた動作周期を決定する。回転数検出装置１０３はエンジン回転数ＥＬより車両用交流発電機の回転数を推定することや磁気センサーなどを利用することで実現可能である。なお、回転数検出装置１０３を設けず外部から車両用交流発電機の回転数を直接入力してもよい（マイクロコンピュータで構成する場合も含めて以下同様）。最大電圧検出装置５は動作周期変更装置９より指定された周期内での入力された車両用交流発電機整流装置１００の出力電圧の最大電圧Ｖｍａｘ３を検出する。最小電圧検出装置６は動作周期変更装置９より指定された周期内での入力された車両用交流発電機整流装置１００の出力電圧の最小電圧Ｖｍｉｎ３を検出する。これらの電圧検出装置５，６はリセット回路付き最大値（又は最小値）ホールド回路或いはマイコンのＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに交流発電機整流装置の出力を入力することで実現可能である。
【００２３】
電圧差算出装置７は最大電圧検出装置５と最小電圧検出装置６の出力の差Ｖｄｉｆｆ３を検出する。電圧差算出装置７はアナログの減算回路或いは前記最大電圧検出装置出力と前記最小電圧検出装置出力をＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに入力したマイコン内の演算器で実現可能である。故障判定装置８は電圧差算出装置７の出力Ｖｄｉｆｆ３と動作周期変更装置９で指定された周期毎に予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ３を比較し、電圧差算出装置７の出力Ｖｄｉｆｆ３が予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ３以上の場合（式（３）参照）は故障であると判定する。
【００２４】
Ｖｄｉｆｆ３ ＝ Ｖｍａｘ３ − Ｖｍｉｎ３ ≧ Ｖｔｈ３・・・（３）
【００２５】
なお、本発明の車両用交流発電機故障判定装置はマイクロコンピュータでも構成でき、その場合には図６の５〜９、さらに場合によっては１０３も含めてコンピュータにおける機能ブロックとなり、またメモリＭを含む。
【００２６】
図７にこの動作のフローチャートを示す。ステップ００９で車両用交流発電機故障判定装置の動作周期をエンジン回転数などの情報から車両用交流発電機の回転数を得て、決定する。ステップ０１０で車両用交流発電機出力Ｖａｌｔとしての例えば交流発電機整流装置出力のステップ００９において決定された周期毎の動作中の最大電圧Ｖｍａｘ３を測定し、メモリ（図６のＭ）に記憶或いは最大値ホールド回路（図６の５）で保持する。ステップ０１１で同様にステップ００９において決定された周期毎の動作中の交流発電機整流装置出力の最小電圧Ｖｍｉｎ３を測定し、メモリ（図６のＭ）に記憶或いは最小値ホールド回路（図６の６）で保持する。ステップ０１２でステップ００９で決定された周期毎にステップ０１０で測定された交流発電機整流装置出力の最大電圧Ｖｍａｘ３と、ステップ００９で決定された周期毎にステップ０１１で測定された交流発電機整流装置出力の最小電圧Ｖｍｉｎ３との差Ｖｄｉｆｆ３（絶対値）を算出し、メモリに記憶或いはアナログ出力する。ステップ０１３でステップ０１２で算出された電圧差Ｖｄｉｆｆ３と予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ３を比較し、電圧差算出装置出力Ｖｄｉｆｆ３が故障判定閾電圧Ｖｔｈ３以上の場合は故障であると判定する。
【００２７】
本実施の形態の場合、車両用交流発電機の回転数が低い場合に長い周期での車両用交流発電機出力の最大電圧、最小電圧を測定し、車両用交流発電機の回転数が高い場合には短い周期での車両用交流発電機の最大電圧、最小電圧を測定することによって、回転数が低い場合にでも故障によるリップル波形を取りこぼすことなく、確実に故障判定が行うことが可能となる。
【００２８】
実施の形態４．
図８は本発明の別の実施の形態による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように車両用交流発電機の整流素子或いはステータコイルに故障があった場合には、整流装置の出力電圧波形が通常動作時より大きなリップル電圧波形を含む波形となること、およびフィールドコイル或いは電圧調整装置に故障があった場合には整流装置の出力電圧が所定電圧から大きく外れるということを利用し、車両用交流発電機の故障判定を行う故障判定装置である。動作周期変更装置９は車両の動作状態、車両用交流発電機の動作状態に応じて車両用交流発電機故障判定装置の動作周期を変更する。
【００２９】
図８において、動作周期変更装置９は前記車両の状態として車両用交流発電機回転数検出装置１０３で車両用交流発電機の回転数を検出し、その回転数に応じた動作周期を決定する。回転数検出装置１０３はエンジン回転数ＥＬより車両用交流発電機の回転数を推定することや磁気センサーなどを利用することで実現可能である。最大電圧検出装置５は動作周期変更装置９より指定された周期内での入力された車両用交流発電機整流装置１００の出力電圧の最大電圧Ｖｍａｘ４を検出する。最小電圧検出装置６は前記動作周期変更装置９より指定された周期内での入力された車両用交流発電機整流装置１００の出力電圧の最小電圧Ｖｍｉｎ４を検出する。これらの電圧検出装置５、６はリセット回路付き最大値（又は最小値）ホールド回路或いはマイコンのＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに車両用交流発電機整流装置の出力を入力することで実現可能である。
【００３０】
電圧差算出装置７は最大電圧検出装置５と最小電圧検出装置６の出力の差Ｖｄｉｆｆ４を検出する。電圧差算出装置７はアナログの減算回路或いは前記最大電圧検出装置出力と前記最小電圧検出装置出力をＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに入力したマイコン内の演算器で実現可能である。リップル電圧による故障判定装置１１は動作周期変更装置９で指定された周期毎に電圧差算出装置７の出力Ｖｄｉｆｆ４と予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ４を比較し、電圧差算出装置出力Ｖｄｉｆｆ４が予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ４以上の場合（式（４）参照）は故障であると判断する。
【００３１】
Ｖｄｉｆｆ４ ＝ Ｖｍａｘ４ − Ｖｍｉｎ４ ≧ Ｖｔｈ４・・・（４）
【００３２】
また平均電圧算出装置１０は動作周期変更装置９で指定された周期内でのローパスフィルター３０を通過した後の交流発電機整流装置１００の出力の平均電圧Ｖａｖｅ４を算出する。平均電圧算出装置１０はローパスフィルター回路とマイコン内の平均電圧算出機能で実現可能である。平均電圧による故障判定装置１２は動作周期変更装置９で指定された周期毎に平均電圧算出装置１０の出力と予め定められた故障判定閾平均電圧上限Ｖｔｈ ｔｏｐ４、故障判定閾平均電圧下限Ｖｔｈ ｂｏｔ４とを比較する。平均電圧Ｖａｖｅ４が故障判定閾平均電圧上限Ｖｔｈ ｔｏｐ４以上或いは故障判定閾平均電圧下限Ｖｔｈ ｂｏｔ４以下（式（５）参照）の場合は車両用交流発電機の電圧調整装置の故障として判定する。
【００３３】
Ｖａｖｅ４ ≧ Ｖｔｈ ｔｏｐ４ 又は Ｖａｖｅ４ ≦ Ｖｔｈ ｂｏｔ４・・・（５）
【００３４】
なお、本発明の車両用交流発電機故障判定装置はマイクロコンピュータでも構成でき、その場合には図８の５〜１２、さらに場合によっては１０３も含めてコンピュータにおける機能ブロックとなり、またメモリＭを含む。
【００３５】
図９にこの動作のフローチャートを示す。ステップ０１４で動作中の車両用交流発電機故障判定装置の動作周期をエンジン回転数などの情報から車両用交流発電機の回転数を得て、決定する。ステップ０１５で車両用交流発電機出力Ｖａｌｔとしての例えば交流発電機整流装置出力のステップ０１４において決定された周期毎の最大電圧Ｖｍａｘ４を測定し、メモリ（図８のＭ）に記憶或いは最大値ホールド回路（図８の５）で保持する。ステップ０１６で同様にステップ０１４において決定された周期毎の交流発電機整流装置出力の最小電圧Ｖｍｉｎ４を測定し、メモリ（図８のＭ）に記憶或いは最小値ホールド回路（図８の６）で保持する。ステップ０１８でステップ０１４において決定された周期毎にステップ０１５において測定された交流発電機整流装置出力の最大電圧Ｖｍａｘ４とステップ０１４において決定された周期毎にステップ０１６において測定された交流発電機整流装置出力の最小電圧Ｖｍｉｎ４との差Ｖｄｉｆｆ４（絶対値）を算出し、メモリに記憶或いはアナログ出力する。ステップ０１９でステップ０１８において算出された電圧差Ｖｄｉｆｆ４と予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ４を比較し、電圧差算出装置出力Ｖｄｉｆｆ４が故障判定閾電圧Ｖｔｈ以上の場合は故障であると判定する。
【００３６】
ステップ０１７でステップ０１４において決定された周期毎の車両用交流発電機出力Ｖａｌｔここでは交流発電機整流装置出力のローパスフィルターを通過した後の出力の平均電圧Ｖａｖｅ４を算出し、メモリに記憶する。ステップ０２０でステップ０１４において算出された車両用交流発電機出力の平均電圧Ｖａｖｅ４と予め定められた故障判定閾電圧範囲上限Ｖｔｈ ｔｏｐ４と故障判定閾電圧範囲下限Ｖｔｈ ｂｏｔ４を比較し、平均電圧Ｖａｖｅ４が故障判定閾電圧範囲上限Ｖｔｈ ｔｏｐ４以上或いは故障判定閾電圧範囲下限Ｖｔｈ ｂｏｔ４以下である場合は故障であると判定する。
【００３７】
本実施の形態の場合、車両用交流発電機出力のリップル電圧波形の最大電圧と最小電圧との差分による整流素子、ステータコイルの故障判定に加え、車両用交流発電機の回転数に応じた判定周期内での平均電圧を測定することによって、車両用交流発電機のフィールドコイル、電圧調整装置の故障も判定することが可能となる。
【００３８】
実施の形態５．
図１０は本発明の別の実施の形態による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように車両用交流発電機の整流装置或いはステータコイルに故障があった場合には、整流装置の出力電圧波形が通常動作時より大きなリップル電圧波形を含む波形となるということと、整流装置に故障があった場合とステータコイルに故障があった場合とでは、同一回転数、同一周期内での整流装置からの出力電圧波形に含まれるリップル電圧の発生回数が異なるということを利用し、車両用交流発電機の故障判定かつ故障個所の推定を行う。
【００３９】
図１０において、動作周期変更装置９は車両の動作状態、車両用交流発電機の動作状態に応じて車両用交流発電機故障判定装置の動作周期を変更する。動作周期変更装置９は前記車両の状態として交流発電機回転数検出装置１０３で車両用交流発電機の回転数を検出し、その回転数に応じた動作周期を決定する。回転数検出装置１０３はエンジン回転数ＥＬより車両用交流発電機の回転数を推定することや磁気センサーなどを用いて実現可能である。平均電圧算出装置１０は動作周期変更装置９で指定された周期内での平均電圧Ｖａｖｅ５を算出する。平均電圧算出装置１０はマイコン内で実現可能である。リップル電圧検出装置１３は平均電圧算出装置１０の出力Ｖａｌｔ５から１周期前の平均電圧Ｖａｖｅ５’を減じ、その絶対値を算出し、前記電圧差絶対値が予め定められたリップル判定電圧差Ｖｔｈ５以上になった場合（式（６）参照）、リップル電圧として検出する。
【００４０】
｜Ｖａｌｔ５ − Ｖａｖｅ５’｜ ≧ Ｖｔｈ５・・・（６）
【００４１】
リップル電圧検出装置１３はコンパレーター回路或いはマイコンや絶対値回路、減算回路などを用いることで実現可能である。リップル電圧計数装置１４はリップル電圧検出装置１３で検出されたリップル電圧の発生回数を動作周期変更装置９で決定された動作周期内で計数する。リップル電圧計数装置１４はリセット回路付きカウンター回路或いはマイコンで実現可能である。故障個所推定装置１５はリップル電圧計数装置１４の出力Ｓｒｉｐ５と予め定められた故障箇所推定閾計数Ｓｔｈ５を比較し、リップル電圧計数装置出力が故障個所推定閾計数以上（式（７）参照）である場合は、車両用交流発電機のステータコイルの故障であると判定し、リップル電圧計数装置出力Ｓｒｉｐ５が予め定められた故障個所推定閾計数Ｓｔｈ５以下である場合（式（８）参照）は車両用交流発電機の整流装置の故障であると判定する。
【００４２】
Ｓｒｉｐ５ ≧ Ｓｔｈ５・・・（７）
Ｓｒｉｐ５ ≦ Ｓｔｈ５・・・（８）
【００４３】
なお、本発明の車両用交流発電機故障判定装置はマイクロコンピュータでも構成でき、その場合には図９，１０，１３〜１５、さらに場合によっては１０３も含めてコンピュータにおける機能ブロックとなり、またメモリＭを含む。
【００４４】
図１１にこの動作のフローチャートを示す。ステップ０２１で動作中の車両用交流発電機故障判定装置の動作周期をエンジン回転数などの情報から車両用交流発電機の回転数を推定し、決定する。ステップ０２２で車両用交流発電機整流装置出力Ｖａｌｔ５（実際に使用するのは例えば図１０の交流発電機整流装置１００の出力）から前周期での平均電圧Ｖａｖｅ５’を減じその絶対値を算出しメモリ（図１０のＭ）に記憶或いはホールド回路（図１０の１３）で保持する。ステップ０２３でステップ０２２において算出された電圧差絶対値と予め定められたリップル判定電圧差とを比較し、電圧差絶対値がリップル判定電圧差以上になった場合、ステップ０２４でカウンターを１増加させる。ステップ０２５でステップ０２１において定められた周期毎の車両用交流発電機整流装置出力の平均値を算出する。ステップ０２６でステップ０２５において計数されたリップル電圧発生回数Ｓｒｉｐ５と予め定められた故障個所推定閾計数Ｓｔｈ５を比較し、リップル電圧発生回数Ｓｒｉｐ５が故障箇所推定閾計数Ｓｔｈ５以上の場合は、車両用交流発電機のステータコイルの故障であると判定し（ステップ０２６ａ）、リップル電圧発生回数Ｓｒｉｐ５が故障個所推定閾計数Ｓｔｈ５より小さい場合は、整流装置の故障であると判定する（ステップ０２６ｂ）。
【００４５】
本実施の形態の場合、車両用交流発電機全体としての故障判定だけでなく、故障によるリップル電圧波形の監視を行うことによって、車両用交流発電機の整流装置の故障とステータコイルの故障を推定することが可能となる。
【００４６】
実施の形態６．
図１２は本発明の別の実施の形態による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように車両用交流発電機の整流装置内の整流素子に故障があった場合に、整流装置の出力電圧波形が通常動作時より大きなリップル電圧波形を含む電圧波形となるということと、整流装置内の整流素子に故障があった場合には、整流装置内の整流素子故障個所数、故障モードに応じて故障による発生リップル電圧波形の電圧降下波形の半値幅が異なるということを利用し、車両用交流発電機の故障判定かつ故障個所の推定を行う故障判定装置である。
【００４７】
図１２において、動作周期変更装置９は車両の動作状態、車両用交流発電機の動作状態に応じて車両用交流発電機故障判定装置の動作周期を変更する。動作周期変更装置９は車両の動作状態として車両用交流発電機回転数検出装置１０３で車両用交流発電機の回転数を検出し、その回転数に応じた動作周期を決定する。交流発電機回転数検出装置１０３はエンジン回転数より車両用交流発電機の回転数を推定することや磁気センサーなどを利用することで実現可能である。最大電圧検出装置５は動作周期変更装置９より指定された周期内で入力された交流発電機整流装置１００の出力電圧の最大電圧Ｖｍａｘ６を検出する。最小電圧検出装置６は動作周期変更装置９より指定された周期内で入力された交流発電機整流装置１００の出力電圧の最小電圧Ｖｍｉｎ６を検出する。これらの電圧検出装置５、６はリセット回路付き最大値（又は最小値）ホールド回路或いはマイコンのＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに交流発電機整流装置の出力を入力することで実現可能である。
【００４８】
電圧差算出装置７は最大電圧検出装置５と最小電圧検出装置６の各出力Ｖｍａｘ６とＶｍｉｎ６の差Ｖｄｉｆｆ６を検出する（式（９）参照）。
【００４９】
Ｖｄｉｆｆ６ ＝ Ｖｍａｘ６ − Ｖｍｉｎ６・・・（９）
電圧差算出装置７はアナログの減算回路或いは両電圧検出装置５，６の出力をＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに入力したマイコン内の演算器で実現可能である。リップル電圧による故障判定装置１１は電圧差検出装置７の出力Ｖｄｉｆｆ６と予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ６とを比較し、電圧差検出装置出力Ｖｄｉｆｆ６が故障判定閾電圧Ｖｔｈ６以上の場合（式（１０）参照）は交流発電機整流装置１００に故障があったと判定する。
【００５０】
Ｖｄｉｆｆ６ ＝ Ｖｍａｘ６ − Ｖｍｉｎ６ ≧ Ｖｔｈ６・・・（１０）
【００５１】
リップル電圧による故障発生判定装置１１はコンパレーター或いはマイコンのＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに電圧差算出装置７の出力と故障判定閾電圧を入力することで実現可能である。
【００５２】
半値電圧算出装置１６は故障判定装置１１で交流発電機整流装置１００に故障が発生していると判定された場合に最大電圧検出装置出力Ｖｍａｘ６と最小電圧検出装置出力Ｖｍｉｎ６の算術平均Ｖｈａｌｆ６を算出する（式（１１）参照）。
【００５３】
Ｖｈａｌｆ ＝ （Ｖｍａｘ６ ＋ Ｖｍｉｎ６） ／ ２・・・（１１）
【００５４】
半値電圧算出装置１６はアナログ加算機と分圧回路或いはマイコンのＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに両電圧検出装置５，６の出力を入力することで実現可能である。電圧半値幅測定装置１７は故障判定装置１１で交流発電機整流装置１００に故障が発生していると判定された場合に交流発電機整流装置出力Ｖａｌｔ６が半値電圧算出装置１６の出力Ｖｈａｌｆ６を下回っている時間を測定する。電圧半値幅測定装置１７はコンパレーターとカウンター回路或いはマイコンのＡＤ（アナログ−デジタル）変換ポートに半値電圧算出装置１６の出力Ｖｈａｌｆ６と交流発電機整流装置１００の出力Ｖａｌｔ６を入力することで実現可能である。
【００５５】
故障箇所推定装置１８は故障判定装置１１で交流発電機整流装置１００に故障が発生していると判定された場合に電圧半値幅測定装置１７の出力Ｔｈａｌｆ６と、故障個所推定閾時間算出装置３３で算出される交流発電機回転数検出装置１０３の出力に応じて定められた故障個所推定閾時間Ｔｔｈ６とを比較し、電圧半値幅測定装置１７の出力Ｔｈａｌｆ６が故障個所推定閾時間Ｔｔｈ６以下の場合（式（１２）参照）は整流装置内の整流素子が１個開放モードで故障していると判定し、大きい場合（式（１３）参照）は、整流装置内の整流素子が２個以上開放モードで故障或いは１個以上短絡モードで故障していると判定する。
【００５６】
Ｔｈａｌｆ６ ≦ Ｔｔｈ６・・・（１２）
Ｔｈａｌｆ６ ＞ Ｔｔｈ６・・・（１３）
【００５７】
故障個所推定装置１８はデジタルコンパレーター或いはマイコンで実現可能である。故障個所推定閾時間算出装置３１はアナログの減算回路或いはマイコン内の演算器で実現可能である。
【００５８】
なお、本発明の車両用交流発電機故障判定装置はマイクロコンピュータでも構成でき、その場合には図１２の５〜７，９，１１，１６〜１８，３１、さらに場合によっては１０３も含めてコンピュータにおける機能ブロックとなり、またメモリＭを含む。
【００５９】
図１３にこの動作のフローチャートを示す。ステップ０２７で動作中の車両用交流発電機故障判定装置の動作周期をエンジンの回転数などの情報から車両用交流発電機の回転数を推定し、決定する。ステップ０２８で車両用交流発電機出力Ｖａｌｔとしての例えば交流発電機整流装置出力のステップ０２７において決定された周期毎の最大電圧Ｖｍａｘ６を測定し、メモリ（図１２のＭ）に記憶或いは最大値ホールド回路（図１２の５）で保持する。ステップ０２９で同様にステップ０２７において決定された周期毎の交流発電機整流装置出力の最小電圧Ｖｍｉｎ６を測定し、メモリ（図１２のＭ）に記憶或いは最小値ホールド回路（図１２の６）で保持する。ステップ０３０でステップ０２７において決定された周期毎にステップ０２８において測定された交流発電機整流装置出力の最大電圧Ｖｍａｘ６とステップ０２９において測定された交流発電機整流装置出力の最小電圧Ｖｍｉｎ６との差Ｖｄｉｆｆ６（絶対値）を算出し、メモリに記憶或いはアナログ出力する。ステップ０３１でステップ０３０において算出された電圧差Ｖｄｉｆｆ６と予め定められた故障判定閾電圧Ｖｔｈ６を比較し、電圧差算出装置出力Ｖｄｉｆｆ６が故障判定閾電圧Ｖｔｈ６以上の場合は、故障が発生していると判定する（ステップ０３１ａ）。
【００６０】
ステップ０３２でステップ０３１において故障が発生していると判定された場合、ステップ０２８において測定された交流発電機整流装置出力の最大電圧Ｖｍａｘ６とステップ０２９において測定された交流発電機整流装置出力の最小電圧Ｖｍｉｎ６の算術平均Ｖｈａｌｆ６を算出し、メモリに記憶或いはアナログ出力する。ステップ０３３でステップ０３１ａにおいて故障が発生していると判定された場合、ステップ０３２において算出された算術平均電圧Ｖｈａｌｆ６と車両用交流発電機整流装置出力Ｖａｌｔ６を比較し、車両用交流発電機整流装置出力Ｖａｌｔ６が算術平均電圧Ｖｈａｌｆ６出力Ｖａｌｔ６以下になった時点でカウンタースタート（ステップ０３３ａ）、算術平均電圧Ｖｈａｌｆ６より大きくなった時点でカウンターストップさせる（ステップ０３３ｂ）。ステップ０３４でステップ０３１ａにおいて故障が発生していると判定された場合に、図２の（ｂ）と図２の（ｃ）、（ｄ）において、発生電圧低下波形の発生時間幅が異なる特性を利用し、ステップ０３３ａ、０３３ｂに当たる図１２の電圧半値幅測定装置１７で測定された電圧半値幅Ｔｈａｌｆ６とステップ０２７において測定された車両用交流発電機回転数に応じて図１２の故障個所推定閾時間算出装置３３で定められた故障個所推定閾時間Ｔｔｈ６をタイマカウンタの値と比較し、電圧半値幅Ｔｈａｌｆ６が故障個所推定閾時間Ｔｔｈ６以下の場合は、整流装置内の整流素子が１個開放モードで故障していると判定し（ステップ０３４ａ）、大きい場合は整流装置内の整流素子が２個以上開放モードで故障或いは１個以上短絡モードで故障していると判定する（ステップ０３４ｂ）。
【００６１】
本実施の形態の場合、車両用交流発電機全体としての故障判定だけでなく、故障によるリップル電圧波形の監視を行うことによって、車両用交流発電機整流装置の故障個所の推定、故障モードの推定を行うことが可能となる。
【００６２】
実施の形態７．
図１４は本発明の別の実施の形態による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。車両用交流発電機のフィールドコイルへ電流が供給された場合或いは車両内電機負荷に大きな変動が生じた場合或いは機関始動のため車両搭載の始動機が動作し機関が自発的に回転し出すまでの場合などに、大きな電圧変動が生じることを利用し、車両用交流発電機の故障判定を行う条件を決定する車両用交流発電機故障判定装置である。
【００６３】
図１４において、始動機駆動判定装置１９は車両搭載の始動機の駆動状態を判別し、始動機が動作中か停止中かを検出する。始動機駆動判定装置１９は始動機の駆動スイッチの状態を検出すること或いは始動機の回転数を磁気センサーなどを使用し検出することによって実現可能である。少なくとも始動機の駆動を判定するための始動機駆動判定信号１９ａが得られればよい。電気負荷変動算出装置２０は車両搭載電気負荷の駆動状態を検出し、電気負荷Ｐｅｌｅ７を算出する。電気負荷変動算出装置２０は車両搭載の各電気負荷のスイッチ情報および消費電力信号２０ａを一定周期毎に収集し、１周期前の電気負荷Ｐｅｌｅ７’との差分絶対値Ｐｄｉｆｆ７を一定周期毎に算出する（式（１４）参照）。
【００６４】
Ｐｄｉｆｆ７ ＝ ｜ Ｐｅｌｅ７ − Ｐｅｌｅ７’｜・・・（１４）
【００６５】
電気負荷変動判定装置２１は電気負荷変動算出装置２０の出力Ｐｅｌｅと予め定められた２１ａで示す電気負荷変動閾幅Ｐｔｈと比較し、電気負荷変動算出装置出力Ｐｄｉｆｆ７が電気負荷変動閾幅Ｐｔｈ以上の場合（式（１５）参照）は電気負荷の変動が大きいと判定する。
【００６６】
Ｐｄｉｆｆ７ ＝ ｜ Ｐｅｌｅ７ − Ｐｅｌｅ７’｜ ≧ Ｐｔｈ７・・・（１５）
【００６７】
機関動作状況判定装置２２は２２ａで示す車両エンジンの回転数Ｒｅｎｇ７を検出し、２２ｂで示す予め定められた動作判定閾エンジン回転数Ｒｔｈ７と比較し、車両エンジン回転数Ｒｅｎｇ７が動作判定閾回転数Ｒｔｈ以上の場合（式（１６）参照）は高回転時であると判定し、車両エンジン回転数Ｒｅｎｇ７が動作判定閾エンジン回転数Ｒｔｈ７より小さい場合（式（１７）参照）は低回転時であると判定する。
【００６８】
Ｒｅｎｇ７ ≧ Ｒｔｈ７・・・（１６）
Ｒｅｎｇ７ ＜ Ｒｔｈ７・・・（１７）
【００６９】
機関動作状況判定装置２２はエンジン制御装置からエンジン回転数情報、メモリＭ等から動作判定閾回転数を得て比較するコンパレータ或いはマイコンによって実現可能である。故障判定条件決定装置２３は始動機駆動判定装置１９で始動機が停止中であると判定され、かつ電気負荷変動判定装置２１で一定周期内の電気負荷変動幅が小さいと判定され、かつ機関動作状況判定装置２２でエンジンの回転数が低回転であると判定された場合に故障判定を行う条件が揃っていると判定する。故障判定条件条件決定装置は論理回路あるいはマイコンで実現可能である。故障判定装置８は故障判定条件決定装置２３で故障判定を行う条件が揃っていると判定された場合に車両用交流発電機の故障判定を行う。
【００７０】
なお、本発明の車両用交流発電機故障判定装置はマイクロコンピュータでも構成でき、その場合には１９〜２３、８はコンピュータにおける機能ブロックとなり、またメモリＭを含む。
【００７１】
図１５にこの動作のフローチャートを示す。ステップ０３５で車両搭載の始動機の駆動状態を検出する。ステップ０３８でステップ０３５において検出された車両搭載の始動機の駆動状態に応じて、始動機が動作中か否か判断する（ステップ０３８ａ、０３８ｂ）。ステップ０３６で車両搭載電気負荷の駆動状態を検出する。ステップ０３９でステップ０３６において検出された車両搭載電気負荷の駆動状態と１周期前に測定された車両搭載電気負荷の駆動状態との差分を検出する。ステップ０４１でステップ０３９において算出された車両搭載電気負荷変動幅と予め定められた電気負荷変動閾幅を比較し、電気負荷変動幅の大小を判定する（ステップ０４１ａ、０４１ｂ）。ステップ０３７で車両エンジンの回転数を検出する。ステップ０４０でステップ０３７において検出された車両エンジンの回転数と予め定められた動作判定閾エンジン回転数とを比較し、エンジン回転数の高低を判定する（ステップ０４０ａ、０４０ｂ）。ステップ０４２でステップ０３８において判定された車両搭載始動機の動作状態、ステップ０４１において判定された電気負荷の変動幅、ステップ０４０において判定された車両エンジン回転数の高低をもとに、車両用交流発電機故障判定装置の動作条件がそろっているかを判定する。
【００７２】
なお、始動機駆動判定装置１９、電気負荷変動判定装置２１、機関動作状況判定装置２２は少なくともいずれか１つを設ければ相当の効果がある。
【００７３】
本実施の形態の場合、車両用交流発電機の故障判定を行う際に誤検出の原因となる始動機や機関すなわちエンジンの動作状態、あるいは車両における負荷変動を判定し、例えば始動機駆動中や、故障判定装置の動作周期を決定するのに必要なエンジン回転数が高すぎる場合や、電気負荷変動が大きい場合には故障判定を行わない。このように車両動作状態或いは車両用交流発電機の動作状態に応じて車両用交流発電機故障判定装置の動作条件を監視し、動作させるか否かを決定させ、誤検出のより少ない車両用交流発電機の故障判定が可能となる。
【００７４】
【発明の効果】
以上本発明によれば、車両用交流発電機の故障時の電圧低下を電圧絶対値で検出するのではなく、最大電圧と最小電圧との差で検出するため、誤検出が低減可能である。また電圧低下だけでなく、過充電が発生している場合にも電圧低下を絶対電圧値で検出するものは未検出になるが、最大電圧と最小電圧の電圧差の大きさで検出するので検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】車両用交流発電機の正常発電時、故障発生時の特性を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１による車両用交流発電機故障判定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２による車両用交流発電機故障判定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態３による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態３による車両用交流発電機故障判定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態４による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態４による車両用交流発電機故障判定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態５による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態５による車両用交流発電機故障判定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態６による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態６による車両用交流発電機故障判定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態７による車両用交流発電機故障判定装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の実施の形態７による車両用交流発電機故障判定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１６】本発明の車両用交流発電機故障判定装置に係わる車両の充電系統の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 最大電圧検出装置、２ 最小電圧検出装置、３ 電圧差算出装置、４ 故障判定装置、５ 最大電圧検出装置（周期動作）、６ 最小電圧検出装置（周期動作）、７ 電圧差算出装置（周期動作）、８ 故障判定装置（周期動作）、９ 動作周期変更装置、１０ 平均電圧算出装置（周期動作）、１１ リップル電圧による故障判定装置、１２ 平均電圧による故障判定装置、１３ リップル電圧検出装置、１４ リップル電圧計数装置、１５ 故障個所推定装置、１６ 半値電圧算出装置、１７ 電圧半値幅測定装置、１８ 故障個所推定装置、１９ 始動機駆動判定装置、２０ 電気負荷変動算出装置、２１ 電気負荷変動判定装置、２２
機関動作状況判定装置、２３ 故障判定条件決定装置。
Claims (7)
- 機関によって駆動される交流発電機の交流出力を整流する発電機整流装置の最大電圧を検出する最大電圧検出手段と、
前記発電機整流装置の最小電圧を検出する最小電圧検出手段と、
前記両検出手段の出力から差分電圧を算出する電圧差算出手段と、
この電圧差算出手段の出力が所定電圧以上の場合に交流発電機が故障していると判断する故障判定手段と、
を備えたことを特徴とする車両用交流発電機故障判定装置。 - 各手段が所定周期で動作し、所定周期内での車両用交流発電機の故障判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機故障判定装置。
- 各手段が所定周期で動作し、
機関によって駆動される交流発電機の交流出力を整流する発電機整流装置の出力電圧の所定周期内における平均電圧を算出する平均電圧算出手段と、
前記発電機整流装置の出力電圧と前周期の平均電圧の電位差が所定のリップル判定電圧差以上になったことで故障リップル電圧が発生したことを検出するリップル電圧検出手段と、
前記動作周期内で故障リップル電圧の発生回数を計数するリップル電圧係数手段と、
この故障リップル電圧の発生回数から故障個所の推定を行う故障個所推定手段と、
を備えることを特徴とする車両用交流発電機故障判定装置。 - 動作周期を、交流発電機の回転数および車両エンジン回転数のいずれかに従って変化させる動作周期変更手段を有し、故障判定の周期を車両用交流発電機の回転周期に合わせて変化させることを特徴とする請求項２又は３に記載の車両用交流発電機故障判定装置。
- 所定周期内における前記発電機整流装置の出力電圧の平均電圧を算出する平均電圧算出手段と、前記平均電圧と所定の故障判定閾平均電圧の大小関係により交流発電機の故障を判定する第２の故障判定手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項２又は４に記載の車両用交流発電機故障判定装置。
- 前記故障判定手段において故障と判定された場合に、前記発電機整流装置の最大電圧と最小電圧から求まる算術平均を算出する半値電圧算出手段と、
前記発電機整流装置の出力電圧が前記算術平均を下回っている時間を測定する電圧半値幅測定手段と、
前記発電機整流装置の出力電圧が前記算術平均を下回っている時間の故障個所推定閾時間との大小関係に従って故障個所の推定を行う故障個所推定手段と、
を備えたことを特徴とする請求項２又は４に記載の車両用交流発電機故障判定装置。 - 車両の始動機の駆動状態を判定する始動機駆動判定手段、車両における電気負荷の変動の大きさを検出する電気負荷変動判定手段、車両の機関の動作状況を判定する機関動作状況判定手段、の少なくとも１つと、これの判定結果に従って車両用交流発電機の故障判定実施時期を決定する故障判定条件決定手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の車両用交流発電機故障判定装置。
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