JP2009501504A - 自動車の自励式三相発電機の負荷テスト用の診断方法 - Google Patents

Abstract

本発明は励磁電流の監視手段を使用して診断決定が行われる、自励式発電機用の診断方法に関する。

Description

本発明は、自励式三相発電機、特に、車載パワーシステムに十分な電流を供給することを役割とする、自動車に応用される自励式三相発電機用の診断方法に関する。

本発明は、特許文献１に開示されているような、診断が実行され得る車載パワーシステムに基づいている。マイクロコントローラに実装されたパワー管理システムを使用すれば、制御装置及び制御装置に組み込まれたセンサーによって車載パワーシステム内で負荷の電流を測定及び検出することができる。車載パワーシステムの個々の負荷又は個々のブランチで実際に発生するこれらの電流は、現在のシステム状態で予測されかつそのシステム状態から算出された設定電流と、パワー管理システムによって比較される。ここで、設定電流は許容範囲の制限値を成しており、その上方への逸脱では、パワー管理システムによって、内蔵の障害シナリオに従って診断が実行可能であり、適宜、個々の障害状況に必要な動作が開始される。このような動作は、パワー管理システム又は作動され得るスイッチング要素に接続された制御装置に対する制御命令によって実行される。パワー管理システム内で必要なユニットへの通信インターフェースは、簡単なシリアルインターフェース、パラレルインターフェース又は複雑なバスインターフェースによって実現可能であり、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）技術、ＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）技術、ＳＩ（Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｕｓ ｓｙｓｔｅｍ）バス技術、ＴＴＰ（Ｔｉｍｅ Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）技術に基づいている。

制限値の上方逸脱を伴う電流の監視に基づいて運用される上記した方法では、車載パワーシステムの電流（の分流）及び負荷だけしか監視できない。このような方法では、発電機の監視はできない。この理由は発電機の出力電圧を所定の値に調整する制御システムにある。この制御システムでは、発電機の自励のその後の調整により、予想される発電機の障害が補償されてしまう。その後調整を行っても発電機の端子にセットされるべき電圧レベルが発生しなくなった場合にしか、発電機の障害を疑うことができない。しかしながら、負荷がかかっている組込み状態では、本来障害のある負荷に起因する車載パワーシステムの過負荷も、やはり過度に低い端子電圧の原因となる。

従来、発電機が十分に性能を発揮しているかどうかは、駆動されている内燃機関の所定の回転速度で外部測定装置を使用して発電機の電流を手動測定することによってしか確認することができなかった。しかしながら、このことは、発電機の管理機能が益々使用されている最近の車両では、よりいっそう不確実性を伴うことになる。実際、発電機の電力レベルが意図的で制限されている状態で電流の測定は、不正確な診断結果につながる。更に、場合によっては、組込み状態で発電機の電流を手動で測定することはもはや全く不可能になっている。車載パワーシステムに問題が存在する場合は、発電機が車載パワーシステムに関する問題の原因であると見なされることが多く、異常がないのに発電機が交換されることになる。

独国特許出願公開第１０２ ５８ ８９９ Ａ１号明細書

本発明の目的は、自励式の発電機の性能に関する診断の可能性を特定することにある。

この解決策は請求項１に記載の診断方法によって可能である。本発明の更に有利な実施形態が、従属請求項及び以下の説明に含まれている。

この解決策は自励式の三相発電機の励磁電流を監視することにより主に実現可能である。三相発電機のロジックインターフェースは、回転速度が一定である場合、車載パワーシステムで使用される発電機の電力に相対的に比例する現在の励磁電流を特に示す。現在の励磁電流をシステムの状態に従って予測される励磁電流と比較することにより、診断決定が行われる。

有利な一実施形態では、車載のパワーシステム内に規定されて知られている負荷急増を予め定義しておくことにより発電機の負荷が増大される。励磁電流の現在の増大が励磁電流の予測増大と比較され、この結果を基に診断決定が導かれる。

励磁電流の変化により、両方の例示的な実施形態で、最大電力の低下を伴う発電機が存在するかどうかが判定可能である。最大電力を提供できなくなった障害が発生した発電機の場合は、その励磁電流が正常な発電機の場合に予測されるよりも高くなる。

これらの実施形態で主に達成可能な利点は、取り付けられた状態の発電機をロジック診断インターフェースを介して診断することができるということであり、このために電流の手動測定を実行する必要はない。このため、正常な発電機の取り外しを防止することができ、電力が低下した発電機は、修理工場の診断機能又はパワー管理システムによって駆動されるロジックを介して識別することができる。

本発明については、図表を使用して詳細を以下に説明する。

図１は、自動車内の本質的に公知の車載パワーシステムを示す。接続された負荷Ｖ１、Ｖ２〜Ｖｎには、自動車の内燃機関によって通常駆動される発電機Ｇによって電気エネルギーが供給される。個々の負荷は、これらの負荷に間接的又は直接的に割り当てられた制御装置ＳＧ１、ＳＧ２〜ＳＧｎによって制御される。個々の制御装置は、通信ネットワーク、好ましくはバスによって互いに接続されていると共に、ＳＡＭ（Ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ）と呼ばれる車載パワーシステム制御装置に通信伝送方式で接続されている。車載パワーシステム発電機のパワーエレクトロニクスＬＥと発電機制御システムもロジックインターフェースで通信ネットワークと接続されている。その上、通信ネットワークは外部診断システムを接続するために更なるインターフェースを備えている。このインターフェースは、比較的古い車両では診断ソケットによって形成することができ、或はバス技術が使用されていると、診断システムと車両内部の車載パワーシステムとが異なる通信プロトコルを使用している場合にゲートウェイとして実施可能である。車両内の通信システムと同じ通信システムが診断システムによっても使用されている場合は、ゲートウェイを省略することが可能であり、単純なバスインターフェースだけが必要とされる。

自動車に組み込まれた制御装置の少なくとも１つ、好ましくは車載パワーシステム制御装置に、パワー管理システムが実装されており、このパワー管理システムによって発電機から車載パワーシステムに給電されたエネルギーが、接続された負荷の間に分配される。ここで開示される発明は、自動車の車載パワーシステム内の制御装置の１つに制御ソフトウェアとして実装されるパワー管理システムに基づいている。

最近の自励式の車載パワーシステム発電機は、ＬＩＮバスインターフェースとしてしばしば実施されるロジックインターフェースを備えている。したがって、このような発電機は、しばしばＬＩＮ発電機と呼ばれている。発電機の運転中にはこのロジックインターフェースを介して発電機の動作パラメータを読み出すこともでき、制御命令によって発電機の制御に影響を与えることが可能である。これにより、発電機の管理機能（パワー管理システム内に実装されるのが好ましい）と呼ばれるものをセットアップ可能である。発電機による電力供給のために最も重要な操作変数の１つは、このような状況下では励磁電流であり、このため励磁電流の現在の値は、これらの発電機のロジックインターフェースを介してバスメッセージとしても提供され、電力管理システムによって更に処理可能である。

これにより車載パワーシステム発電機は、以下の方法に従い、車載パワー管理システム又は外部の修理工場診断システムによって診断することができる。内燃機関及び車載パワーシステム発電機の回転速度が同じである場合は、規定されて知られている発電機負荷状態について車載パワーシステム発電機の励磁電流が求められ、求められた値がこの負荷状態における正常な発電機の算出値（負荷状態に応じて予測される）と比較される。例えばダイオードに問題がある発電機が存在する場合、この発電機は障害により最大負荷よりも低下した性能を励磁電流を増大させることにより補償することができる。このため知られている負荷状態について求められた励磁電流が予測励磁電流を上回っている場合、この結果は発電機の不具合又は誤動作を示している。知られている負荷状態について予測される発電機の電流は、通常、組み込まれた発電機の負荷励磁電流特性グラフから求めることができる。

自動車においては、特定の状況で、全ての負荷状態を検出することで負荷の状態を特定するのは難しい場合がある。このことは特に、車載パワーシステムにパワー管理システムが実装されていない場合又は全ての負荷がパワー管理システムを介して作動するとは限らない場合に当てはまる。この場合は、代替の方法を使用して車載パワーシステム発電機を診断することができる。車載パワーシステム内に一定又は少なくとも同じ発電機回転速度が存在する際は、定義された負荷と正確に知られている消費電力とを結び付けることにより、負荷急増を生成することができる。発電機の制御システムは、励磁電流の増大に反応する。負荷の増大が判明しているため、正常な発電機について予測される増大励磁電流は、負荷励磁電流特性グラフから算出又は読み出すことができ、負荷の急増後に実際の励磁電流と比較することができる。発電機に障害がある場合、負荷急増の後で発生する励磁電流は、予測励磁電流より高くなる。パワー管理システム又は診断システムは、負荷急増の適用後の予想外に高い励磁電流を発電機の不具合の兆候として評価することができる。

図２の電圧及び励磁電流に関するグラフには、負荷の急増が加えられた場合の例示的な実施形態が示されている。時間に対する発電機の電圧が示され、時間に対する励磁電流が示されている。電圧のグラフでは、正常な発電機の発電機電圧が破線で示され、障害の発生している発電機の発電機電圧が実線で示されている。電圧の状況では発電機制御システムの制御動作により、障害の発生している発電機を正常な発電機と区別することができないことは明らかである。この状態は、少なくとも発電機が最大出力に調整されなくなるまで継続する。制御システムは励磁電圧を増大することにより出力不良を補償する。図２に係る選択された例示的な実施形態では、発電機の負荷が約６０秒後には発電機の平均稼動率の状態に調整される。発電機のこの稼動率の状態は、励磁フィールドの飽和点が上昇し、それにより障害が発生していると考えられる発電機の励磁電流の予想外の増大が特に明らかになるため、診断において特に有用である。時間Ｔ、即ち、選択されたテスト手順が与えられた診断の開始から約８５秒経過後に、発電機に規定された負荷の急増が適用され、前記負荷の急増について正常な発電機の予測励磁電流が求められる。この予測励磁電流は、グラフの中では破線で示され、制限励磁電流１と呼ばれる。励磁電流のリップルに起因する評価上の問題を回避するには、診断のために、この予測制限値を経験値、好ましくはこのリップルの大きさだけ有利に増大させ、その結合値を診断決定のための比較値として採用する。経験値だけ増大された予測励磁電流は、図２のグラフにおいて実線で示されており、制限励磁電流２と称されている。実際の励磁電流が予測励磁電流を上回る場合又は有利には励磁電流のリップル分だけ増大された予測励磁電流も上回る場合、障害発生の発電機が検出される。正常な発電機の励磁電流のプロファイルは、波状の破線で示されている。障害発生の発電機の励磁電流のプロファイルは、波状の実線で示されている。負荷の急増が適用されている間、障害発生の発電機の実際の励磁電流は、正常な発電機の励磁電流について両方の予測制限値を上回っていることが明らかである。

診断機能は、車載のパワー管理システムと車外の外部診断システムの両方のあらゆる実施形態の変形例に実装することができ、知られている負荷又は加えられた負荷の急増について、予測励磁電流と実際の励磁電流とが比較される。

自励式の三相発電機とロジックインターフェースとロジックインターフェースを介して作動させることもできる接続負荷とを備えた代表的な車載パワーシステムを示す。 車載パワーシステムで負荷の急増が発生した際の電圧及び励磁電流を示すグラフである。

Claims (6)

1. 自動車の自励式三相発電機の負荷テスト用の診断方法であって、
   前記発電機の現在の励磁電流が予測励磁電流と比較されることを特徴とする診断方法。
2. 前記発電機に負荷の急増が適用され、前記負荷の急増後に現在の励磁電流が、前記負荷急増の結果として予測される励磁電流と比較されることを特徴とする請求項１に記載の診断方法。
3. 前記診断のために予測励磁電流に経験値が追加されることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の診断方法。
4. 前記経験値が前記励磁電流の変動範囲に本質的に対応することを特徴とする請求項３に記載の診断方法。
5. 前記自動車の車内で実行されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の診断方法。
6. 診断システムを使用して車外で実行されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の診断方法。