JP2006115619A - 車両用発電制御装置および発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 外部制御装置から誤った指示が行われた場合であっても適切な発電制御を維持することができる車両用発電制御装置および発電システムを提供すること。
【解決手段】 車両用発電制御装置１は、外部から入力されるＰＷＭ信号に基づいて車両用発電機２の発電量を制御する発電量制御手段としてのドライバ１０２、ＭＯＳＦＥＴ１００と、車両用発電機２の発電電圧が監視範囲に含まれていることを監視する発電電圧監視手段としての電圧比較器１１０等と、発電電圧が監視範囲から外れたことが検出されたときに制御信号に基づく発電量の制御を禁止し、監視範囲に含まれる目標値を用いて発電電圧を制御する発電電圧制御手段としての電圧比較器１１０等とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンを搭載した車両においてエンジン制御装置等からの指示に応じて車両用発電機の発電制御を行う車両用発電制御装置および発電システムに関する。

車両に搭載された車両用発電機は、車両走行中にバッテリの補充電を行うとともに、エンジンの点火、照明、その他の各種電装品の電力を賄うものであり、その負荷状態が変化した場合であっても出力電圧をほぼ一定に維持するために発電制御装置が接続されている。特に最近では、車両に備わった外部制御装置（例えばエンジン制御装置ＥＣＵ）から発電制御装置に対して所定の設定信号を送って、発電制御装置における調整電圧や励磁電流通電率の目標値等を設定することにより、車両の走行状態等に応じた最適な発電制御を行う手法が用いられている。例えば、ＥＣＵから送られてくるＰＷＭ信号の周期から信号の種類を判別して、設定しようとする制御変数を決定するとともに、そのデューティ比を検出して、制御変数の具体的な設定を行うことにより、複数種類の制御信号に基づく複雑な制御を行う車両用発電制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この車両用発電制御装置では、調整電圧以外の制御変数として、車両用発電機の界磁巻線に対する通電をスイッチングするスイッチング手段の導通率を設定し、発電機の発電量を外部制御装置により直接コントロールすることを可能にしている。

また、ＥＣＵと車両用発電制御装置とを接続する信号線の短絡は切断等の故障による誤動作を防止するようにした車両用発電制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。この車両用発電制御装置では、ＥＣＵから送られてくる信号が所定の時間変化を有しない場合には発電制御を行わないため、信号線の短絡等に伴う誤動作が防止される。
特開平１１−２６２２９９号公報（第４−９頁、図１−１３） 特開２０００−３２６８０号公報（第４−１４頁、図１−３８）

ところで、最近のＥＣＵはソフトウエアをプロセッサで実行することにより動作しており、しかもソフトウエアが複雑化しているため、ソフトウエアの不具合が発見しにくくなっている。このような不具合のあるソフトウエアを用いて処理を行った場合に、発電機の発電電圧が高くなりすぎてバッテリが過充電になったり、車両の電気負荷にダメージを与える危険や、逆に発電機の発電電圧が低くなりすぎてバッテリが過放電したり、車両の電気負荷の作動の不調をきたしたりする危険がある。しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示された車両用発電制御装置では、ＥＣＵと車両用発電制御装置との間を接続する信号線の脱落や接地などの障害には対応できるが、ソフトウエアの不具合に起因する誤った処理に対しては十分対処することができず、外部制御装置からの誤った指示に応じた誤った発電制御を防止することができないという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、外部制御装置から誤った指示が行われた場合であっても適切な発電制御を維持することができる車両用発電制御装置および発電システムを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電制御装置は、外部から入力される制御信号に基づいて車両用発電機の発電量を制御する発電量制御手段と、車両用発電機の出力電圧あるいはこの出力電圧と相関のある電圧としての発電電圧が第１の監視範囲に含まれていることを監視する第１の発電電圧監視手段と、発電電圧が第１の監視範囲から外れたことが検出されたときに、発電量制御手段による制御信号に基づく制御を禁止し、第１の監視範囲に含まれる目標値を用いて発電電圧を制御する発電電圧制御手段とを備えている。これにより、外部から入力される制御信号の内容が誤りであって発電電圧が監視範囲から外れることを確実に防止することができるため、適切な発電制御を維持することが可能になる。

また、上述した発電電圧制御手段は、発電電圧が第１の監視範囲から外れた時間が所定時間を超えたときに、目標値を用いた発電量の制御を行うことが望ましい。これにより、一時的な発電電圧の変動によって影響を受けない安定した発電制御が可能になる。

また、上述した発電電圧が第１の監視範囲から外れたことを検出する所定時間は、車両用発電機の時定数のほぼ２倍の時間であることが望ましい。車両用発電機の出力の過渡的な変化に対して、発電電圧が監視範囲から外れたか否かを判定する時間を車両用発電機の時定数、すなわち車両用発電機の応答時間に対してほぼ２倍（あるいはそれ以上）に設定することにより、確実に誤判定を防止することができる。

また、上述した目標値は、第１の監視範囲から外れた発電電圧に近い第１の監視範囲の上限電圧あるいは下限電圧であることが望ましい。外部から入力される制御信号にしたがって監視範囲の上限電圧あるいは下限電圧で発電制御を行っているときに、発電電圧が誤って監視範囲を外れる場合であっても、発電制御の意図に近いと考えられる監視範囲の上限電圧あるいは下限電圧を用いた適切な発電制御を継続することが可能になる。

また、上述した発電電圧制御手段は、発電電圧と目標値とを比較し、この比較結果に応じて車両用発電機の励磁電流を断続するスイッチング素子を駆動する電圧比較器を有しており、発電電圧監視手段は、目標値の内容を少なくとも高低２種類交互に切り替えたときに、電圧比較器から状態が変化する信号が出力されたときに、発電電圧が第１の監視範囲内にあると判定することが望ましい。発電電圧制御手段の電圧比較器は、発電量制御手段による発電量の制御を禁止したときに用いられるが、発電量制御手段による発電量の制御が行われている間であっても、この電圧比較器の出力を監視して発電電圧が監視範囲に含まれるか否かを判断することができるようになるため、監視用の構成を追加する場合に比べて、回路構成が複雑になることを防止することができる。また、電圧比較器を共用することにより、発電量の制御が禁止された後に発電電圧制御手段による発電制御によりスムーズに移行することができる。

また、上述した発電量制御手段による発電量の制御を指示する内容の制御信号の入力が所定時間維持されたときに、発電量制御手段による制御の禁止を解除して発電量の制御に復帰させる復帰制御手段をさらに備えることが望ましい。これにより、外部から入力される制御信号の一時的な誤りによる発電制御の切り替えに対しては確実に正常時の制御状態に復帰することができる。

また、本発明の発電システムは、上述した車両用発電制御装置に対して制御信号を送信することにより車両用発電機の発電量を設定する外部制御装置を有しており、この外部制御装置は、発電電圧が第２の監視範囲に含まれていることを監視する第２の発電電圧監視手段を備えている。外部制御装置においても発電電圧を監視してその結果を制御信号に反映させることができ、しかも、車両用発電制御装置と外部制御装置の双方で発電電圧を監視することにより、発電制御の信頼性を高めることができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の発電システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、一実施形態の発電システムの全体構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の発電システムは、車両用発電制御装置１、車両用発電機２、ＥＣＵ（エンジン制御装置）３、バッテリ４を含んで構成されている。また、バッテリ４には電気負荷５が並列に接続される。車両用発電機２は、図示しないエンジンによって駆動される。

車両用発電機２は、回転子に備わった励磁巻線２１と、固定子に含まれる三相の固定子巻線２２と、この固定子巻線２２の三相出力を全波整流する整流回路２３とを備えている。車両用発電機２の出力端子はバッテリ４や電気負荷５に接続されており、この出力端子からバッテリ４等に対する給電が行われる。この車両用発電機２の出力電流は、励磁巻線２１に通電する励磁電流を制御することにより調整される。

車両用発電制御装置１は、車両用発電機２の励磁電流を制御する。この車両用発電制御装置１は、ＭＯＳＦＥＴ１００、環流ダイオード１０１、制御回路１０を備えている。車両用発電機２の回転子に磁束を供給する励磁回路が、ＭＯＳＦＥＴ１００と環流ダイオード１０１によって構成されている。ＭＯＳＦＥＴ１００は、励磁巻線２１と直列に接続されており、制御回路１０によってＰＷＭ制御されて励磁電流を励磁巻線２１に供給する。環流ダイオード１０１は、励磁巻線２１に並列に接続されており、ＭＯＳＦＥＴ１００がオフされたときに励磁巻線２１に流れる励磁電流を環流させる。

また、ＥＣＵ３は、ＰＷＭ信号出力回路３０、モード判定・指示値決定回路３１、電圧判定回路３２を備えている。このＥＣＵ３は、ＲＯＭやＲＡＭに格納された所定のソフトウエア（制御プログラム）をプロセッサで実行することにより必要な機能を実現している。電圧判定回路３２は、車両用発電機２の発電電圧（出力電圧あるいはこの出力電圧と相関のあるバッテリ電圧等）が所定の監視範囲に含まれているか否かを判定する。モード判定・指示値決定回路３１は、車速、エンジン回転数、電気負荷５の接続状態、アクセル開度等の車両情報に基づいて制御モードを決定し、車両用発電制御装置１に対する指示値を決定する。ＰＷＭ信号出力回路３０は、決定された制御モードに対応する周波数と、決定された指示値に対応するデューティを有する制御信号としてのＰＷＭ信号を車両用発電制御装置１に向けて出力する。

図２は、制御モードとＰＷＭ信号の周波数との関係を示す図である。図２に示すように、本実施形態では、ＰＷＭ信号の周波数ｆを１００Ｈｚとすることにより制御モードとして調整電圧指示モードが指定される。この場合には、ＰＷＭ信号のデューティによって、調整電圧が指示される。図３は、調整電圧指示モードにおけるＰＷＭ信号のデューティと調整電圧との関係を示す図である。ＰＷＭ信号のデューティ０％が調整電圧１２．５Ｖに、デューティ１００％が調整電圧１５．５Ｖにそれぞれ対応している。また、デューティが０％から１００％に向かって増加するにしたがって、調整電圧が１２．５Ｖから１５．５Ｖに向かって直線的に上昇する関係が成立する。

一方、ＰＷＭ信号の周波数ｆを２００Ｈｚとすることにより制御モードとしてデューティ値指示モードが指定される。この場合には、ＰＷＭ信号のデューティによって、励磁電流をＰＷＭ制御するＭＯＳＦＥＴ１００をオンオフするデューティが指定される。このように、ＥＣＵ３から送信するＰＷＭ信号のデューティにしたがってＭＯＳＦＥＴ１００を直接駆動することにより、車両用発電機２の出力電流の増減や、それに伴う発電トルクの増減を、ＥＣＵ３によって直接かつ迅速に指示することができるようになる。

なお、図２に示した例では、調整電圧指示モードをより短い周期のＰＷＭ信号に対応させている。また、各制御モードに対応させる周波数にバイナリの関係を持たせることにより、すなわち、２のべき乗倍の関係となるようにすることにより、デジタル処理をする上で都合がよく、処理の簡略化が可能になる。さらに、図２に示した例では、周波数で信号種類を分けて、デューティを制御指示値に対応させたが、励磁電流値を直接指示したり、ＰＷＭ信号の代わりに２値のパルス信号で送信したりすることも当然可能である。

図４は、制御回路１０の詳細構成を示す図である。図４に示すように、制御回路１０は、ドライバ１０２、アナログスイッチ１０３、１０４、１１２、１１３、オア回路１０５、１０６、１１８、デューティ検出回路１０７、周波数検出信号判定回路１０８、電圧比較器１１０、デジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）１１１、ロー・ハイ検出回路１１４、デューティ変換回路１１５、エッジ検出回路１１６、復帰タイマ１１７、保護タイマ１１９、アンド回路１２０を備えている。

ドライバ１０２は、ＭＯＳＦＥＴ１００をオンオフ制御する。このドライバ１０２に入力される制御信号は、排他的にオンオフ制御される２つのアナログスイッチ１０３、１０４からなるセレクタを通して出力される。デューティ検出回路１０７は、入力されるＰＷＭ信号のデューティ値を検出し、検出したデューティ値に対応するデジタルデータを出力する。周波数検出信号判定回路１０８は、入力されるＰＷＭ信号の周波数に基づいて、調整電圧指示モードとデューティ値指示モードのいずれが指示されているかを検出する。調整電圧指示モードが指示されている場合にはハイレベルの信号が出力され、デューティ値指示モードが指示されている場合にはローレベルの信号が出力される。ロー・ハイ検出回路１１４は、入力される信号のローレベル状態あるいはハイレベル状態を検出する。デューティ変換回路１１５は、ロー・ハイ検出回路１１４によってローレベル状態が検出されたときにデューティ値１００％を示すデータを出力し、反対にハイレベル状態が検出されたときにデューティ値０％を示すデータを出力する。エッジ検出回路１１６は、入力される信号がローレベルからハイレベルにあるいはハイレベルからローレベルに変化するエッジを検出し、ローレベルのパルスを出力する。保護タイマ１１９は、例えばアップカウンタによって構成されており、ローレベルのパルスが入力されたときにアップカウント動作を開始し、再度リセットされずに所定時間が経過すると、出力をローレベルからハイレベルに変化させる。復帰タイマ１１７は、例えばダウンカウンタによって構成されており、ハイレベルの信号が入力されたときにダウンカウント動作を開始し、所定時間経過すると、出力をハイレベルからローレベルに変化させる。

上述したアナログスイッチ１０３、ドライバ１０２、ＭＯＳＦＥＴ１００が発電量制御手段に、電圧比較器１１０、ロー・ハイ検出回路１１４、デューティ変換回路１１５、アナログスイッチ１１３、デジタル−アナログ変換器１１１が第１の発電電圧監視手段に、電圧比較器１１０、アナログスイッチ１１２、１０４、デューティ検出回路１０７、デジタル−アナログ変換器１１１、エッジ検出回路１１６、オア回路１１８、保護タイマ１１９、ドライバ１０２、ＭＯＳＦＥＴ１００が発電電圧制御手段に、ＭＯＳＦＥＴ１００がスイッチング素子に、復帰タイマ１１７、オア回路１１８、アンド回路１２０が復帰制御手段に、ＥＣＵ３が外部制御装置に、電圧判定回路３２が第２の発電電圧監視手段にそれぞれ対応する。

（調整電圧指示モード）
最初に、調整電圧指示モードに対応する車両用発電制御装置１の動作について説明する。ＥＣＵ３から車両用発電制御装置１に入力されるＰＷＭ信号の周波数が１００Ｈｚの場合には、周波数検出信号判定回路１０８は、ハイレベルの信号をオア回路１０５、１０６およびアナログスイッチ１１２、１１３のそれぞれに入力する。したがって、オア回路１０５からアナログスイッチ１０３の制御端子にハイレベルの信号が反転入力され、オア回路１０６からアナログスイッチ１０４の制御端子にハイレベルの信号が入力されるため、ドライバ１０２へはアナログスイッチ１０４を通した信号が入力される。

また、アナログスイッチ１１２の制御端子にハイレベルの信号が入力され、アナログスイッチ１１３の制御端子にハイレベルの信号が反転入力されるため、アナログスイッチ１１２を通した信号のみが選択的にデジタル−アナログ変換器１１１に入力される。アナログスイッチ１１２には、デューティ検出回路１０７によって検出されたＰＷＭ信号のデューティ値が入力されているため、この検出されたデューティ値がデジタル−アナログ変換器１１１に入力される。デジタル−アナログ変換器では、図３に示す関係となるようにデューティ値を調整電圧に変換している。

電圧比較器１１０は、デジタル−アナログ変換器１１１から出力された調整電圧とバッテリ電圧とを比較し、この比較結果に基づいてＭＯＳＦＥＴ１００の制御が実施される。具体的には、調整電圧よりもバッテリ電圧の方が低い場合には電圧比較器１１０からハイレベルの信号が出力される。この信号はアナログスイッチ１０４を通してドライバ１０２に入力されるため、ドライバ１０２によってＭＯＳＦＥＴ１００がオンされて、励磁巻線２１に流れる励磁電流が増加する。その結果、バッテリ電圧が上昇して調整電圧よりも高くなると、電圧比較器１１０の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。この信号はアナログスイッチ１０４を通してドライバ１０２に入力されるため、ドライバ１０２によってＭＯＳＦＥＴ１００がオフされて、励磁巻線２１に流れる励磁電流が減少する。このようにして、ＥＣＵ３から送られてくるＰＷＭ信号のデューティ値に対応する調整電圧にバッテリ電圧が一致するように発電制御が行われる。

（デューティ値指示モード）
次に、デューティ値指示モードに対応する車両用発電制御装置１の動作について説明する。ＥＣＵ３から車両用発電制御装置１に入力されるＰＷＭ信号の周波数が２００Ｈｚの場合には、周波数検出信号判定回路１０８は、ローレベルの信号をオア回路１０５、１０６およびアナログスイッチ１１２、１１３のそれぞれに入力する。したがって、オア回路１０５からアナログスイッチ１０３の制御端子にローレベルの信号が反転入力され、オア回路１０６からアナログスイッチ１０４の制御端子にローレベルの信号が入力されるため、ドライバ１０２へはアナログスイッチ１０３を通した信号が入力される。この結果、デューティ検出回路１０７に入力されるＰＷＭ信号がドライバー１０２に入力されるので、車両用発電機２の励磁電流を制御するＭＯＳＦＥＴ１００は、ＥＣＵ３から送られてくるＰＷＭ信号によって直接駆動されて発電量が制御される制御モードとなる。

図５は、ＥＣＵ３から送信されるＰＷＭ信号を途中で切り替えた場合の制御モードの切り替えタイミングを示す図である。例えば、周波数検出信号判定回路１０８によってＰＷＭ信号の周波数を検出するためにＰＷＭ信号の１周期分の時間が必要であるものとする。最初にＰＷＭ信号の周波数ｆが１００Ｈｚ（調整電圧指示モード）に設定されており、周波数検出信号判定回路１０８からはハイレベルの信号が出力される。この場合には、アナログスイッチ１０４を通して電圧比較器１１０の出力信号がドライバ１０２に入力される。次に、ＰＷＭ信号の周波数ｆが２００Ｈｚ（デューティ値指示モード）に変更されると、この周波数変更後のＰＷＭ信号の最初の１周期において、周波数検出信号判定回路１０８は、変更後のＰＷＭ信号の周波数が２００Ｈｚであることを検出して次の周期からローレベルの信号を出力する。この場合には、アナログスイッチ１０３を通してＰＷＭ信号がドライバ１０２に入力される。

ところで、デューティ値指示モードで動作している間は、ＥＣＵ３内のモード判定・指示値決定回路３１は、電圧判定回路３２によって判定されるバッテリ電圧が所定範囲内に含まれている場合には（本実施形態では１２．５Ｖから１５．５Ｖの間）、車速等の情報に基づいて優先して車両用発電機２の発電量を直接コントロールするように動作する。一方、バッテリ電圧が所定範囲を外れた場合には、モード判定・指示値決定回路３１は、ＰＷＭ信号の周波数を１００Ｈｚに変更して調整電圧指示モードに移行するか、ＰＷＭ信号のデューティを増減して、バッテリ電圧が所定範囲内に納まるようにフィードバック制御をしている。

（正常時の監視動作）
デューティ値指示モードで動作している間は、車両用発電制御装置１では、電圧比較器１１０は、車両用発電機２の発電電圧が所定の監視範囲に収まっているかを監視するために用いられている。図６は、デューティ値指示モードにおける正常時の監視動作の動作タイミングを示す図である。

周波数検出信号判定回路１０８からローレベルの信号が出力されると、デジタル−アナログ変換器１１１の入力側に設けられた一方のアナログスイッチ１１３のみが有効になる。このため、デジタル−アナログ変換器１１１には、デューティ変換回路１１５から出力される１００％と０％のデューティ値が交互に入力され、デジタル−アナログ変換器１１１からは、１２．５Ｖと１５．５Ｖの調整電圧が交互に出力される。なお、本実施形態では、０％と１００％のデューティ値で説明しているが適宜必要に応じて中間の２つのデューティ値を使用するようにしてもよい。監視電圧を１２．５Ｖから１５．５Ｖの範囲とする場合には、発電電圧が適正であれば、デジタル−アナログ変換器１１１から出力される調整電圧が１２．５Ｖの場合には発電電圧の方が高くなり、反対に調整電圧が１５．５Ｖの場合には発電電圧の方が低くなるので、電圧比較器１１０の出力は調整電圧の切り替えに伴って反転することになる。この交互に反転される信号のローレベルあるいはハイレベルの状態がロー・ハイ検出回路１１４で検出され、それぞれに対応して１００％あるいは０％のデューティ値がデューティ変換回路１１５から出力されるため、上述したようにデジタル−アナログ変換器１１１にはデューティ変換回路１１５から出力される１００％と０％のデューティ値が交互に入力されることになる。また、電圧比較器１１０の出力信号はエッジ検出回路１１６に入力されている。エッジ検出回路１１６は、電圧比較器１１０の出力が反転したタイミングでハイレベルのパルスを出力し、このパルスはオア回路１１８を介して保護タイマ１１９をリセットする。

図７は、正常動作時における保護タイマ１１９の動作タイミングを示す図である。電圧比較器１１０の出力は調整電圧の切り替えに伴ってローレベルとハイレベルとが交互に切り替わるため、エッジ検出回路１１６からは、電圧比較器１１０の出力が反転するタイミングに合わせてローレベルのパルスが出力される。このため、保護タイマ１１９は定期的にリセットされ、出力がローレベルを維持する。

このように、調整電圧指示モードにおいて使用する電圧比較器１１０を、デューティ値指示モードにおいて発電電圧を監視するために流用しているので、専用の監視回路を備える場合に比べて回路規模の小型化を実現しつつ、以下に述べる監視範囲外れ時の制御への移行をよりスムーズなものにしている。

（監視電圧を超えた場合の動作）
次に、デューティ値指示モードにおいて監視電圧の上限電圧を超えた場合の保護作動について説明する。図８は、デューティ値指示モードにおいて発電電圧が監視電圧の上限電圧を超えた場合の動作タイミングを示す図である。

例えば、ＥＣＵ３のソフトウエア処理のエラーに伴い、車両用発電制御装置１に対して送られるＰＷＭ信号のデューティ値が過剰な場合には、車両用発電機２の発電電圧が上昇することになる。発電電圧が監視電圧の上限電圧（１５．５Ｖ）を上回ると、電圧比較器１１０の出力がローレベルに固定される。この場合には、エッジ検出回路１１６では電圧比較器１１０の出力信号のエッジを拾わないため、ローレベルのパルスがオア回路１１８を介して保護タイマ１１９に入力されなくなり、保護タイマ１１９のリセット動作が停止される。そのため、所定時間（望ましくは、車両用発電機２の応答時間（時定数）のほぼ２倍の時間）を過ぎると、保護タイマ１１９はハイレベルの信号を出力する。この結果、ドライバ１０２の入力側に接続された２つのアナログスイッチ１０３、１０４の中のアナログスイッチ１０４のみが有効になり、電圧比較器１１０の出力に基づいて発電制御が実施される。

また、電圧比較器１１０の出力がローレベルに固定されたことをロー・ハイ検出回路１１４で検出すると、デューティ変換回路１１５は、１００％のデューティ値を出力する。したがって、デジタル−アナログ変換器１１１からはデューティ値１００％に対応する１５．５Ｖの調整電圧が出力される。この結果、ソフトウエア処理のエラー以外に、ＥＣＵ３が監視範囲の上限近傍にて発電電圧を制御する場合において車両用発電制御装置１とＥＣＵ３間のグランド電位の浮きが発生して、１００％のデューティのＰＷＭ信号が車両用発電制御装置１に入力されて上述した保護動作に入っても、ＥＣＵ３による制御の意図に近い調整電圧で発電制御を行うことができるので好都合である。

（監視電圧を下回った場合の動作）
次に、デューティ値指示モードにおいて監視電圧の下限電圧を下回った場合の保護作動について説明する。図９は、デューティ値指示モードにおいて発電電圧が監視電圧の下限電圧を下回った場合の動作タイミングを示す図である。

ＥＣＵ３のソフトウエア処理のエラーに伴い、車両用発電制御装置１に対して送られるＰＷＭ信号のデューティ値が過小の場合には、車両用発電機２の発電電圧が低下することになる。発電電圧が監視電圧の下限電圧（１２．５Ｖ）を下回ると、電圧比較器１１０の出力がハイレベルに固定される。この場合には、エッジ検出回路１１６では電圧比較器１１０の出力信号のエッジを拾わないため、ローレベルのパルスがオア回路１１８を介して保護タイマ１１９に入力されなくなり、保護タイマ１１９のリセット動作が停止される。そのため、所定時間を過ぎると、保護タイマ１１９はハイレベルの信号を出力する。この結果、ドライバ１０２の入力側に接続された２つのアナログスイッチ１０３、１０４の中のアナログスイッチ１０４のみが有効になり、電圧比較器１１０の出力に基づいて発電制御が実施される。

また、電圧比較器１１０の出力がハイレベルに固定されたことをロー・ハイ検出回路１１４で検出すると、デューティ変換回路１１５は、０％のデューティ値を出力する。したがって、デジタル−アナログ変換器１１１からはデューティ値０％に対応する１２．５Ｖの調整電圧が出力される。この結果、ソフトウエア処理のエラー以外に、ＥＣＵ３が監視範囲の下限近傍にて発電電圧を制御する場合において車両用発電制御装置１とＥＣＵ３間のリーク等に伴う電位の低下が発生して、０％のデューティのＰＷＭ信号が車両用発電制御装置１に入力されて上述した保護動作に入っても、ＥＣＵ３による制御の意図に近い調整電圧で発電制御を行うことができるので好都合である。

（保護動作からの復帰動作）
周波数検出信号判定回路１０８がデューティ値指示モードを検出した後、エッジ検出回路１１６によって電圧比較器１１０の出力信号のエッジが拾えず、保護タイマ１１９が作動して保護動作に入った場合であっても、復帰タイマ１１７の作用により所定時間経過後に保護タイマ１１９がリセットされ、電圧監視中のデューティ値指示制御モードに復帰する制御が行われる。

図１０は、復帰動作における動作タイミングを示す図である。復帰タイマ１１７は、周波数検出信号判定回路１０８によってデューティ値指示モードであると判定され、保護タイマ１１９のカウントアップに伴う保護動作に入ると、アンド回路１２０はハイレベルの信号を出力する。このとき、復帰タイマ１１７は、所定の係数値が計数の初期値としてセットされてダウンカウントを開始する。そして、所定時間（望ましくは、保護タイマ１１９の設定時間のほぼ２倍の時間）が経過すると、復帰タイマ１１７は出力をハイレベルからローレベルに変化させる。このとき、デジタル−アナログ変換器１１１から電圧比較器１１０へは監視電圧の上限値あるいは下限値の調整電圧が入力され、この調整電圧に基づく発電制御が行われている。このため、電圧比較器１１０からはローレベルの信号とハイレベルの信号が交互に出力されており、エッジ検出回路１１６によるエッジ検出が行われているため、エッジ検出回路１１６から出力されるローレベルのパルスが保護タイマ１１９に入力されるようになり、保護タイマ１１９はリセットされる。これに伴い、アンド回路１２０の出力はローレベルとなり、復帰タイマ１１７はリセットされる。

したがって、ＥＣＵ３の一時的な誤動作等による一時的な処理エラーに対しては、確実に復帰することができるので、車両の走行状態や電気負荷４の状態に応じたＥＣＵ３による適切な発電制御を維持し続けることができる。

このように、本実施形態の車両用発電制御装置１では、外部から入力される制御信号としてのＰＷＭ信号の内容が誤りであって発電電圧が監視範囲から外れることを確実に防止することができるため、適切な発電制御を維持することが可能になる。また、発電電圧が監視範囲（１２．５Ｖ〜１５．５Ｖ）から外れた時間が所定時間を超えたときに、目標値を用いた発電量の制御（調整電圧指示モード）に移行しているため、一時的な発電電圧の変動によって影響を受けない安定した発電制御が可能になる。また、車両用発電機２の出力の過渡的な変化に対して、発電電圧が監視範囲から外れたか否かを判定する所定時間を車両用発電機２の時定数、すなわち車両用発電機２の応答時間に対してほぼ２倍（あるいはそれ以上）に設定することにより、確実に誤判定を防止することができる。

また、デューティ値指示モードにおいて発電電圧が監視範囲から外れて調整電圧指示モードで発電制御を行う場合に、監視範囲の上限値あるいは下限値を目標値（調整電圧）として発電制御を行うことにより、発電電圧が誤って監視範囲を外れる場合であっても、発電制御の意図に近いと考えられる監視範囲の上限電圧あるいは下限電圧を用いた適切な発電制御を継続することが可能になる。

また、復帰タイマ１１７を用いることで保護動作を解除して正常なデューティ値指示モードの制御に復帰することができるため、外部から入力されるＰＷＭ信号の一時的な誤りによる発電制御の切り替えに対しては確実に正常時の制御状態に復帰することができる。

また、ＥＣＵ３内の電圧判定回路３２においても発電電圧が監視範囲に含まれるか否かを監視しているため、この監視の結果をモード判定・指示値決定回路３１によって生成されるＰＷＭ信号の内容に反映させることができる。また、車両用発電制御装置１とＥＣＵ３の双方で発電電圧を監視することにより、発電制御の信頼性を高めることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において変形実施が可能である。例えば、上記実施形態では、保護タイマ１１９および復帰タイマ１１７を別々に備えたが、一つのカウンタの設定時間を切り替えて共用するようにしてもよい。

一実施形態の発電システムの全体構成を示す図である。 制御モードとＰＷＭ信号の周波数との関係を示す図である。 調整電圧指示モードにおけるＰＷＭ信号のデューティと調整電圧との関係を示す図である。 制御回路の詳細構成を示す図である。 ＥＣＵから送信されるＰＷＭ信号を途中で切り替えた場合の制御モードの切り替えタイミングを示す図である。 デューティ値指示モードにおける正常時の監視動作の動作タイミングを示す図である。 正常動作時における保護タイマの動作タイミングを示す図である。 デューティ値指示モードにおいて発電電圧が監視電圧の上限電圧を超えた場合の動作タイミングを示す図である。 デューティ値指示モードにおいて発電電圧が監視電圧の下限電圧を下回った場合の動作タイミングを示す図である。 復帰動作における動作タイミングを示す図である。

符号の説明

１ 車両用発電制御装置
２ 車両用発電機
３ ＥＣＵ（エンジン制御装置）
４ バッテリ
５ 電気負荷
１０ 制御回路
２１ 励磁巻線
２２ 固定子巻線
２３ 整流回路
３０ ＰＷＭ信号出力回路
３１ モード判定・指示値決定回路
３２ 電圧判定回路
１００ ＭＯＳＦＥＴ
１０１ 環流ダイオード
１０２ ドライバ
１０７ デューティ検出回路
１０８ 周波数検出信号判定回路
１１０ 電圧比較器
１１１ デジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）
１１４ ロー・ハイ検出回路
１１５ デューティ変換回路
１１６ エッジ検出回路
１１７ 復帰タイマ
１１９ 保護タイマ

Claims (7)

1. 外部から入力される制御信号に基づいて車両用発電機の発電量を制御する発電量制御手段と、
   前記車両用発電機の出力電圧あるいはこの出力電圧と相関のある電圧としての発電電圧が第１の監視範囲に含まれていることを監視する第１の発電電圧監視手段と、
   前記発電電圧が前記第１の監視範囲から外れたことが検出されたときに、前記発電量制御手段による前記制御信号に基づく制御を禁止し、前記第１の監視範囲に含まれる目標値を用いて前記発電電圧を制御する発電電圧制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
2. 請求項１において、
   前記発電電圧制御手段は、前記発電電圧が前記第１の監視範囲から外れた時間が所定時間を超えたときに、前記目標値を用いた発電量の制御を行うことを特徴とする車両用発電制御装置。
3. 請求項２において、
   前記発電電圧が前記第１の監視範囲から外れたことを検出する前記所定時間は、前記車両用発電機の時定数のほぼ２倍の時間であることを特徴とする車両用発電制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記目標値は、前記第１の監視範囲から外れた前記発電電圧に近い前記第１の監視範囲の上限電圧あるいは下限電圧であることを特徴とする車両用発電制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記発電電圧制御手段は、前記発電電圧と前記目標値とを比較し、この比較結果に応じて前記車両用発電機の励磁電流を断続するスイッチング素子を駆動する電圧比較器を有しており、
   前記発電電圧監視手段は、前記目標値の内容を少なくとも高低２種類交互に切り替えたときに、前記電圧比較器から状態が変化する信号が出力されたときに、前記発電電圧が前記第１の監視範囲内にあると判定することを特徴とする車両用発電制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記発電量制御手段による発電量の制御を指示する内容の前記制御信号の入力が所定時間維持されたときに、前記発電量制御手段による制御の禁止を解除して前記発電量の制御に復帰させる復帰制御手段をさらに備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の車両用発電制御装置に対して前記制御信号を送信することにより前記車両用発電機の発電量を設定する外部制御装置を有する発電システムにおいて、
   前記外部制御装置は、前記発電電圧が第２の監視範囲に含まれていることを監視する第２の発電電圧監視手段を備えることを特徴とする発電システム。
   

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