JP2009219207A - 車両用発電制御装置および車両システム - Google Patents

Abstract

【課題】電気負荷投入時や車両減速時のヘッドライトや室内ランプ類の明暗が発生することを防止することができる車両用発電制御装置および車両システムを提供すること。
【解決手段】車両用発電機１の界磁巻線７の導通率をＦＲ端子を介してＥＣＵ９に向けて出力するスイッチング素子５８と、界磁巻線７の通電率の増加速度を所定の制限値に制限するデューティ決定回路５５、ＬＲＣ回路５６と、ＦＲ端子の電圧を検出する電圧検出回路５９と、電圧検出回路５９によって検出された電圧値に応じて導通率の増加速度の制限値を切り替えるＬＲＣ制限値決定回路５７とが備わっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用発電機の発電状態を制御する車両用発電制御装置および車両システムに関する。

車両用発電機は、制御端子（バッテリのプラス端子または車両用発電機の出力端子）の電圧を検出し、基準値と比較して、制御端子の電圧が基準値よりも高いときに界磁電流のオン／オフ制御を行うトランジスタをオフに、反対に基準値よりも低いときにこのトランジスタをオンにすることにより、界磁巻線の通電率を制御して、制御端子の電圧を一定値に保持するよう制御している。

電気負荷が投入された場合、まずバッテリから投入された電気負荷分の電流の持ち出しが行われ、それによって低下した電圧分を界磁巻線の通電率を増加させて発電量を増加させることにより、制御端子の電圧が調整電圧となるよう制御する。この制御は瞬時に行われるため、制御端子の電圧はほとんど低下せずにほぼ一定の値に維持される。但し、このとき、車両用発電機の界磁電流を急増させることから、車両用発電機の発電トルクは急増し、それによって、エンジン回転数の落ち込みが発生する。特に、アイドル回転域では、このときのエンジン回転数の落ち込みによりエンジンストールに陥る可能性がある。

このような現象を回避するための従来技術として、界磁電流を増加させる場合に界磁巻線の通電率の増加速度を制限し、車両用発電機の発電トルクの急増を抑制する手法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。なお、この手法は車両用発電機の発電を抑制する機能であるため、トルク変動は抑えられるが、この機能の動作中は発電量が不足して車両用発電機の出力電圧の落ち込みが発生する。
特開平５−３００６６９号公報（第３−５頁、図１−１１）

ところで、特許文献１に開示された従来手法では、電気負荷投入時には界磁巻線の通電率の増加速度制限により出力電圧の落ち込みが発生するため、ヘッドライトを点灯した状態ではヘッドライトの明暗が発生する可能性があるという問題があった。

また、車両用発電機は、出力電流が一定の状態で減速すると、出力電流を維持するために界磁電流を増加させるよう制御される。減速時に上述した界磁電流の増加速度の抑制機能が動作するかしないかは、減速によって必要となる界磁電流の増加分が、界磁電流の増加速度の制限値よりも大きいかどうかで決まる。すなわち、車両の減速度が大きい場合（減速時の速度減少率が大きい場合）、減速によって必要となる界磁電流の増加分が大きくなり、界磁電流の増加分が界磁電流の増加速度の制限値よりも大きくなる可能性が高くなるため、上述した界磁電流の増加速度の抑制機能が動作する可能性は高くなる。

したがって、界磁電流の増加速度を抑制する機能をもった車両用発電機が搭載された車両を減速する場合には、たとえ電気負荷が一定であっても、界磁電流の増加速度の抑制機能が動作する可能性がある。また、この機能が動作することにより、エンジン回転数の変動は抑制されるが、出力電圧の落ち込みが発生するため、ヘッドライトを点灯した状態で車両を減速させた場合には、出力電圧の落ち込み発生によりヘッドライトの明暗が発生することになる。

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、電気負荷投入時や車両減速時のヘッドライトや室内ランプ類の明暗が発生することを防止することができる車両用発電制御装置および車両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、車両用発電機の界磁巻線の導通率を導通率出力端子を介して外部制御装置に向けて出力する導通率出力手段と、界磁巻線の通電率の増加速度を所定の制限値に制限する導通率増加速度制限手段と、導通率出力端子の電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段によって検出された電圧値に応じて制限値を切り替える制限値決定手段とを備えている。

界磁巻線の通電率を出力する端子（導通率出力端子）の電圧を検出して界磁巻線の通電率の増加速度の制限値を切り替えることができるため、ランプ点灯時に外部制御装置が導通率出力端子の電圧値を変更すると、この変更された電圧を検出して通電率の増加速度の制限値を大きな値に切り替えることで、電気負荷投入時や減速時の界磁電流の増加に対して制限がかからなくなり、出力電圧の落ち込みによってヘッドライトや室内ランプ類の明暗が発生することを防止することができる。

また、上述した電圧検出手段は、導通率出力端子の電圧レベルがハイレベルのときの電圧を検出することが望ましい。通電率出力端子の電圧レベルがハイレベルのときの電圧を検出し、その値に応じて界磁巻線の通電率の増加速度の制限値を切り替えるため、通電率の出力機能を維持したまま通電率の増加速度の制限値を切り替えることができる。

また、本発明の車両システムは、上述した車両用発電制御装置と外部制御装置とを備えており、外部制御装置は、ランプ負荷のオン／オフ状態を検出し、この検出結果に応じて、導通率出力端子に接続される電源の電圧値を切り替える。これにより、ランプ負荷が起動しているときに通電率の増加速度の制限値を大きな値に切り替えることができ、車両用発電機の出力電圧の落ち込みによるランプ負荷（ヘッドライトや室内ランプ類）の明暗の発生を防ぐことができる。

また、上述した導通率出力手段は、導通率出力端子と接地端子との間に設けられたスイッチング素子であり、外部制御装置は、導通率出力端子に接続された信号線を終端するプルアップ抵抗が接続される電源の電圧値を、ランプ負荷のオン／オフ状態に応じて切り替えることが望ましい。これにより、外部制御装置側で簡単な構成で導通率出力端子の電圧値を切り替えることができる。

また、上述した制限値決定手段は、ランプ負荷が接続されて電源の電圧値が切り替えられたことが電圧検出手段によって検出されたときに、制限値を大きな値に切り替えることが望ましい。これにより、ランプ負荷投入時に界磁電流の増加に対して制限がかからないようにすることができ、出力電圧の落ち込みによってヘッドライトや室内ランプ類の明暗が発生することを防止することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態の車両システムの構成を示す図であり、車両用発電制御装置が内蔵される車両用発電機と、ＥＣＵ（外部制御装置）やバッテリ、電気負荷等との接続状態が示されている。

図１に示すように、本実施形態の車両用発電機１は、車両用発電制御装置５、電機子巻線６、界磁巻線７、整流器８を含んで構成されている。この車両用発電機１は、エンジンによりベルトおよびプーリを介して駆動されている。界磁巻線７は、通電されて磁界を発生する。この界磁巻線７は、界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。電機子巻線６は、多相巻線（例えば三相巻線）であって、電機子鉄心に巻装されて電機子を構成している。この電機子巻線６は、界磁巻線７の発生する磁界の変化によって起電力を発生する。電機子巻線６に誘起される交流出力が整流器８に供給される。整流器８は、電機子巻線６の交流出力を全波整流する。整流器８の出力が、車両用発電機１の出力としてＢ端子から外部に取り出され、バッテリ２や電気負荷スイッチ４を介して電気負荷３に供給される。車両用発電機１の出力は、回転子の回転数や界磁巻線７に流れる界磁電流の通電量に応じて変化し、その界磁電流は車両用発電制御装置５によって制御される。

次に、車両用発電制御装置５の詳細について説明する。車両用発電制御装置５は、スイッチング素子５１、５８、環流ダイオード５２、分圧回路５３、電圧制御回路５４、デューティ決定回路５５、ＬＲＣ（負荷応答制御）回路５６、ＬＲＣ制限値決定回路５７、電圧検出回路５９を含んで構成されている。スイッチング素子５８が導通率出力手段に、デューティ決定回路５５、ＬＲＣ回路５６が導通率増加速度制限手段に、電圧検出回路５９が電圧検出手段に、ＬＲＣ制限値決定回路５７が制限値決定手段にそれぞれ対応する。

スイッチング素子５１は、ゲートがデューティ決定回路５５に接続され、ドレインが車両用発電機１のＢ端子に接続され、ソースが還流ダイオード５２を介してＥ端子（接地端子）に接続されている。また、スイッチング素子５１のソースはＦ端子を介して界磁巻線７に接続されており、スイッチング素子５１がオンされると界磁巻線７に界磁電流が流れ、オフされるとこの通電が停止される。還流ダイオード５２は、界磁巻線７と並列に接続されており、スイッチング素子５１がオフされたときに、界磁巻線７に流れる界磁電流を還流させる。

分圧回路５３は、２つの抵抗によって構成されており、車両用発電機１の出力電圧（あるいはバッテリ２の端子電圧でもよい）を分圧する（分圧された電圧を「検出電圧Ｖ」とする）。電圧制御回路５４は、検出電圧Ｖと所定の基準電圧とを比較し、検出電圧Ｖが基準電圧よりも低いときにハイレベルの信号を出力し、反対に検出電圧Ｖが基準電圧よりも高いときにローレベルの信号を出力する。

デューティ決定回路５５は、電圧制御回路５４の出力信号に対応して、スイッチング素子５１をオン／オフ制御するデューティ比（界磁巻線７の導通率）を決定する。また、デューティ決定回路５５は、スイッチング素子５１をオン／オフ制御するデューティ比でスイッチング素子５８を駆動する。スイッチング素子５８は、ゲートがデューティ決定回路５５に、ドレインがＦＲ端子にそれぞれ接続され、ソースがＥ端子を介して接地されている。また、ＦＲ端子を介して接続されるＥＣＵ９内では、このＦＲ端子に接続された信号線がプルアップ抵抗を介して所定の電源ラインに接続されている。したがって、デューティ決定回路５５から出力される信号がハイレベルのときにＦＲ端子の電圧レベルがローレベルになり、反対にデューティ決定回路５５から出力される信号がローレベルのときにＦＲ端子の電圧レベルがハイレベルとなる。これにより、スイッチング素子５８を界磁巻線７の導通率に対応するデューティ比で駆動（オン／オフ制御）することにより、ＦＲ端子から導通率を示す信号がＥＣＵ９に送られる。

電圧検出回路５９は、ＦＲ端子の電圧を検出する。この電圧検出は、ＦＲ端子の電圧レベルがハイレベルときに行われる。また、ＦＲ端子の電圧は、車両の走行状態や電気負荷状態に応じて多段階（例えば２段階）に切り替えられる。この切り替えは、車両の走行状態や電気負荷状態の検出を行うＥＣＵ９によって行われるが、その詳細については後述する。

ＬＲＣ制限値決定回路５７は、電圧検出回路５９によって検出されたＦＲ端子の電圧値に基づいて、界磁巻線７の導通率（デューティ）の増加速度の制限値（この制限値を「デューティ増加制限値」と称する）を決定する。ＬＲＣ回路５６は、ＬＲＣ制限値決定回路５７によって決定されたデューティ増加制限値と、デューティ決定回路５５によって決定された現在のデューティの値に基づいて、新たな目標デューティを決定する。デューティ決定回路５５は、この目標デューティが入力されると、それまでのデューティをこの目標デューティに変更する。

次に、ＥＣＵ９について説明する。ＥＣＵ９は、車両用発電制御装置５のＦＲ端子に接続された信号線を終端するプルアップ抵抗９１、スイッチ９２、電圧比較器９３を備えている。スイッチ９２は、電圧Ｖ１の電源に接続された端子Ａと、電圧Ｖ２の電源に接続された端子Ｂのいずれかを選択的にプルアップ抵抗９１の一方端に接続するためのものであり、この接続状態の切り替えは、車両の走行状態や電気負荷状態の検出結果に基づいて行われる。なお、ＥＣＵ９は、エンジン制御等を行う外部制御装置であり、エンジン制御のために車両の走行状態や電気負荷状態を検出する機能を有している。電圧比較器９３は、ＦＲ端子に接続された信号線がマイナス端子に接続され、プラス端子には基準電圧Ｖref が印加されており、ＦＲ端子の電圧を基準電圧Ｖref と比較することで、車両用発電制御装置５からＦＲ端子を介して送られてくる導通率を検出している。

図２は、車両用発電制御装置５とＥＣＵ９との間で送受信される導通率を示す信号波形を示す図である。例えば、時刻ｔ０まではスイッチ９２が端子Ａ側に接続されており、ＦＲ端子がプルアップ抵抗９１を介して電圧Ｖ１の電源に接続されている。したがって、ＦＲ端子からＥＣＵ９に向けて送信される信号は、ローレベルが０Ｖ、ハイレベルがＶ１の各電圧レベルを有し、界磁巻線７の導通率に対応するデューティの信号となる。

また、時刻ｔ０より後はスイッチ９２が端子Ｂ側に接続されており、ＦＲ端子がプルアップ抵抗９１を介して電圧Ｖ２（＜Ｖ１）の電源に接続されている。したがって、ＦＲ端子からＥＣＵ９に向けて送信される信号は、ローレベルが０Ｖ、ハイレベルがＶ２の各電圧レベルを有し、界磁巻線７の導通率に対応するデューティの信号となる。

以下に、具体例を示す。ＥＣＵ９の端子Ａに接続された電源の電圧Ｖ１が１２Ｖ、端子Ｂに接続された電源の電圧が８Ｖとし、車両のヘッドライトや室内ランプ等の電気負荷（ランプ負荷）３が投入されているときにＥＣＵ９はスイッチ９２を端子Ｂ側に、それ以外のときには端子Ａ側に切り替えるものとする。

この場合、車両用発電制御装置５の電圧検出回路５９が検出するＦＲ端子のハイレベルの電圧は、車両のヘッドライトや室内ランプ等の電気負荷３が投入されているときが８Ｖで、それ以外のときが１２Ｖとなる。そこで、ＬＲＣ制限値決定回路５７は、１０Ｖを閾値としてそれよりもＦＲ端子の電圧が低いか高いかを判定し、１０ＶよりもＦＲ端子の電圧が低い場合にはＬＲＣ制限値を１０００％／ｓに、１０ＶよりもＦＲ端子の電圧が高い場合にはＬＲＣ制限値を３３．３％／ｓに切り替える。これにより、車両のヘッドライトや室内ランプ等の電気負荷３が投入されている場合には、ＬＲＣの制限値が大きな値に設定されるためＬＲＣが作動しにくくなり、ＬＲＣの作動による電圧の低下を防止、すなわち、ランプ類の明暗発生を防止することができる。

このように、本実施形態の車両システムでは、界磁巻線７の通電率を出力するＦＲ端子の電圧を検出して界磁巻線７の通電率の増加速度の制限値を切り替えることができるため、ランプ点灯時にＥＣＵ９がＦＲ端子の電圧値を変更すると、この変更された電圧を検出して通電率の増加速度の制限値を大きな値に切り替えることで、電気負荷投入時や減速時の界磁電流の増加に対して制限がかからなくなり、出力電圧の落ち込みによってヘッドライトや室内ランプ類の明暗が発生することを防止することができる。

また、ＦＲ端子の電圧レベルがハイレベルのときのその電圧が検出され、その電圧値に応じて界磁巻線の通電率の増加速度の制限値を切り替えるため、車両用発電制御装置５の通電率の出力機能を維持したまま通電率の増加速度の制限値を切り替えることができる。

また、ランプ負荷が起動しているときに通電率の増加速度の制限値を大きな値に切り替えることができるため、車両用発電機１の出力電圧の落ち込みによるランプ負荷の明暗の発生を防ぐことができる。

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種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、ＦＲ端子の電圧を２段階に切り替えたが、３段階以上の多段階の切り替えを行い、ＬＲＣ制限値決定回路５７は、各電圧値に応じた制限値を設定するようにしてもよい。

一実施形態の車両システムの構成を示す図である。 車両用発電制御装置とＥＣＵとの間で送受信される導通率を示す信号波形を示す図である。

符号の説明

１ 車両用発電機
２ バッテリ
３ 電気負荷
５ 車両用発電制御装置
６ 電機子巻線
７ 界磁巻線
８ 整流器
９ ＥＣＵ
５１、５８ スイッチング素子
５２ 環流ダイオード
５３ 分圧回路
５４ 電圧制御回路
５５ デューティ決定回路
５６ ＬＲＣ回路
５７ ＬＲＣ制限値決定回路
５９ 電圧検出回路
９１ プルアップ抵抗
９２ スイッチ
９３ 電圧比較器

Claims (5)

1. 車両用発電機の界磁巻線の導通率を導通率出力端子を介して外部制御装置に向けて出力する導通率出力手段と、
   前記界磁巻線の通電率の増加速度を所定の制限値に制限する導通率増加速度制限手段と、
   前記導通率出力端子の電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段によって検出された電圧値に応じて前記制限値を切り替える制限値決定手段と、
   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、
   前記電圧検出手段は、前記導通率出力端子の電圧レベルがハイレベルのときの電圧を検出することを特徴とする車両用発電制御装置。
3. 請求項２に記載の車両用発電制御装置と前記外部制御装置とを備える車両システムであって、
   前記外部制御装置は、ランプ負荷のオン／オフ状態を検出し、この検出結果に応じて、前記導通率出力端子に接続される電源の電圧値を切り替えることを特徴とする車両システム。
4. 請求項３において、
   前記導通率出力手段は、前記導通率出力端子と接地端子との間に設けられたスイッチング素子であり、
   前記外部制御装置は、前記導通率出力端子に接続された信号線を終端するプルアップ抵抗が接続される電源の電圧値を、前記ランプ負荷のオン／オフ状態に応じて切り替えることを特徴とする車両システム。
5. 請求項４において、
   前記制限値決定手段は、前記ランプ負荷が接続されて前記電源の電圧値が切り替えられたことが前記電圧検出手段によって検出されたときに、前記制限値を大きな値に切り替えることを特徴とする車両システム。

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