JP2013528347A - 自動車用発電機の出力電圧の電圧降下を補償調整するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、負荷投入若しくは回転数変動に起因する自動車用発電機の出力電圧における電圧降下を発電機レギュレーターを用いて補償調整するための方法に関する。前記発電機レギュレーターには自動車用発電機の励磁電流を高めるデューティー比を備えた制御信号が供給され、電圧降下が発生した後の第１段階では制御信号のデューティー比が差分絶対値分だけ高められ、それに続く第２段階では補償調整速度が制限される。本発明では電圧降下の発生した後で、自動車用発電機の目下の動作点を表すパラメータが検出され、第１の段階において、動作点に依存した差分絶対値の設定が行なわれる。

Description

本発明は、自動車用発電機の出力電圧の電圧降下を補償調整するための方法及び装置に関している。

自動車の車載電源網は、発電機からエネルギーを供給されておりレギュレーターは、発電機レギュレーターによって所定の値に制御されている（例えば１４Ｖ）。自動車における負荷の投入や回転数の変動は、車載電源網電圧の電圧降下を引き起こす可能性がある。発電機レギュレーターはそのような電圧降下を補償調整しており、これによって、ドライブトレーン又はエンジン若しくはモーターへのトルク要求が高まる。発電機を駆動するためには、負荷の投入によって、より高いトルクが必要とされる。この制御は、発電機装置の回転子における励磁電流の増加によって行われる。この増加は発電機レギュレーターによって設定されるＰＷＭ信号（パルス幅変調された信号）のデューティー比によって引き起こされる。励磁電流から生じた磁界の変更によって、固定子内で誘起される電圧が増加する。

電圧降下を迅速に補償調整する場合には、トルクを定める励磁電流の急速な増加も相応に引き起こされる。特に回転数が低い場合に、十分なトルクを迅速にもたらすことは大抵のエンジンでは不可能である。そのようなケースではエンジンは発電機によって制動されてしまい、それによってエンストする恐れもでてくる。

そのようなエンストを回避するために、発電機レギュレーターの補償調整速度を下方の回転領域に制限することは既に周知である。そのような負荷応答機能でデューティー比を電圧降下に基づいて高めなければならない場合には、当該デューティー比の変化速度も制約される。それによりトルクの変化速度も同じような規模で影響を受けるため、エンジンには、高いトルク要求に対応するための時間が与えられる。但しそのような状況のもとで欠点となるのは、それによって電圧降下の補償調整の際に相応の遅延も発生してしまうことである。従ってここでの電圧降下はより長く継続してしまう。

小さな負荷しか接続されず、それに伴いデューティー比もごく僅かしか高める必要がないときには、トルクもごく僅かしか増加せず、このことは通常はエンジンにとって非臨界的状態である。そのような小さな負荷変動の際にも、負荷応答機能によって引き起こされる、電圧降下の緩慢な補償調整を受け入れるためには、まずデューティー比を"ブラインドゾーン"とも称される所定の値だけ高めることが既に公知であり、それによって電圧降下に対する迅速な反応が起き、それに続く負荷応答機能によって制限される上昇速度に伴いさらなる高まりが生じる。

前記"ブラインドゾーン"は、その間に迅速な補償調整が実行可能であるデューティー比−Δとして定義されるものである。実際の制御のもとでは、この"ブラインドゾーン"が所定の固定値に設定されるか、又は２値間の切り替わりによって行われる。それによって生じ得る負荷も（これは迅速に補償調整可能である）、その結果として生じ得るトルク変動も一定とはならず、そのときの発電機の動作点に依存する。この動作点に依存する理由は、例えば温度によって変化し得る励磁巻線の特性（抵抗及びインダクタンス）と、回転子の鉄心の飽和特性によって惹起される、発電機電流と励磁電流との間の比例的でない特性にある。

ＤＥ１９９０５９８４Ａ１明細書からは、内燃機関によって駆動され、それによって発電した出力電圧を整流した後にバッテリーを充電する、自動車用オルタネーターの制御装置が公知である。この制御装置は、バッテリーの充電電圧を一定の値に制御する電圧レギュレーターと、オルタネーターの発電機電流を電気的負荷の投入後に徐々に高める装置とを有している。電気的な負荷の投入直後でかつ、徐々に励磁を高めるように制御する装置が活性化する前の時点におけるオルタネーターの励磁電流を制御するためのパワースイッチの制御電流の増加量は、オルタネーターの電力発生条件に依存して設定される。特にこのオルタネーターの励磁電流を制御しているパワースイッチの制御電流の増加量は、当該オルタネーターの発電機電流に依存して次のように設定される。すなわち、発電機電流が多いときには増加量も高められ、発電機電流が少ないときには低く抑えられるように設定される。それに対して代替的に、励磁電流を制御するパワースイッチの制御電流の増加量を、電気的負荷が投入される前の励磁電流値に比例するように設定してもよい。それにより、異なる発電機容量を備えた発電機に対して同じ制御装置を用いた場合でも、該当するオルタネーターの、発電機電流を徐々に高める励磁制御の活性前の負荷投入に対する単発で即座の応答を表す出力電流が、実質的に一定に維持されるようになる。

発明の開示
それに対して、請求項１の特徴部分に記載の特徴を備えた方法及び請求項５の特徴部分に記載された特徴を備えた装置は、次のような利点を有している。すなわち、制御信号のデューティー比を高めるための差分絶対値の選択が、そのつどの目下の同サテンに依存して行われる利点である。そのつどの現下の動作点へのブラインドゾーンの適応化は、有利には、予見的にかつ一義的に定められる発電機特性に結びつけられる。この特性は、エンジンのそのつどの同サテンに対して最適化可能である。それにより、例えば発電機に起因するドライブトレーンにおけるトルク変動への応答のための制御機器における複雑な機能が最小化されるようになる。

さらに本発明のさらなる利点によれば、様々な動作点において常に一定の条件、例えば一定のトルク変動又は迅速に補償可能な一定の電圧降下が存在するのではなく、様々な条件が存在し得る。例えば様々なトルク変動に種々異なる動作点が対応付けられる。

以下の明細書では本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。

自動車用発電機の出力電圧における負荷切り替えに起因する電圧降下を補償調整するための装置のブロック回路図である。 公知の方法を説明するための線図である。 本発明による方法を説明するための線図である。

実施例
図１には、負荷切り替えに起因する、自動車用発電機の出力電圧における電圧降下を補償調整するための装置を説明するためのブロック回路図が示されている。図示の装置は、発電機装置１１、自動車の車載電源網１２，検出手段１３を有している。発電機装置１１は、発電機レギュレーター１と発電機ユニット１０とを含んでおり、発電機ユニット１０の出力側からは自動車の車載電源網１２のための直流供給電圧が送出される。

発電機ユニット１０は、発電機２と整流装置９とを有している。前記発電機２は、励磁巻線５と詳細には示されていない位相巻線とを含んでおり、この位相巻線は、例えばスター結線若しくはデルタ結線の形態で相互接続されている。発電機２の位相電圧端子Ｕ，Ｖ，Ｗからは交流電圧が取り出され、それらは後置接続された整流装置９に供給される。図示の実施例に対してはさらに代替的に、別の数の位相数ないしは位相電圧端子が設けられていてもよい。

前記整流装置９には３つの分岐パスが含まれており、それらの各々は、２つのダイオード又はその他の適切な構成要素からなる直列回路を有しており、それぞれ発電機の位相電圧端子に割り当てられている。

前記発電機２の位相電圧端子Ｕは、第１の整流器分岐のダイオードＤ１とＤ４の間の接続点に接続されている。前記発電機２の位相電圧端子Ｖは、第２の整流器分岐のダイオードＤ２とＤ５の間の接続点に接続されている。前記発電機２の位相電圧端子Ｗは、第３の整流器分岐のダイオードＤ３とＤ６の間の接続点に接続されている。

前記ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６のカソードは相互に接続されている、そこには発電機ユニット１０の直流出力電圧が供給され、さらに車載電源網１２に転送される。前記ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３のアノードも相互に接続されてアースされている。

発電機２の位相電圧端子Ｗは、さらに発電機レギュレーター１の端子Ｘを介してレギュレーター制御部７と接続され、さらに当該発電機レギュレーターの抵抗Ｒ３とアース接続線路３とを介してアース４に接続されている。

発電機レギュレーター１は、作動電圧端子Ｂ＋並びにさらなる端子ＤＦ，Ｄ，Ｘを有している。またこの発電機レギュレーターはレギュレーター制御部７を含み、該レギュレーター制御部７は論理評価回路を備えている。それに対して前記レギュレーター制御部７は、スイッチングトランジスタ６にＰＷＭ駆動信号ｓを供給している。さらに前記レギュレーター制御部７は、作動電圧端子Ｂ＋に接続され、さらにアース接続線路３を介してアース４にも接続されている。さらに前記レギュレーター制御部７は発電機２の位相電圧端子Ｗから導出された位相電圧信号を受信するために、発電機レギュレーター１の端子Ｘにも接続されている。

図１に示されている装置はさらに励磁電流回路も有している。この回路は、発電機レギュレーター１の作動電圧端子Ｂ＋から、発電機レギュレーターのスイッチングトランジスタ６と、発電機レギュレーターの端子ＤＦと、励磁巻線５と、発電機レギュレーターの端子Ｄと、アース接続線路３とを介してアース４に接続されている。発電機レギュレーター１の端子ＤとＤＦとの間には、フリーホイーリングダイオード８が接続されるか、若しくは当該スイッチングトランジスタとのアクティブなフリーホイーリングが用いられる。

レギュレーター制御部７（これは作動電圧端子Ｂ＋に接続され端子Ｘを介して発電機２の位相電圧端子Ｗに接続されている）は、制御信号ｓを用いてスイッチングトランジスタ６を次のように駆動している。すなわち励磁巻線５を通って励磁電流が流れるように駆動している。前記励磁電流は、作動電圧端子Ｂ＋に存在する直流電圧にも、時折端子Ｘを介して導出される位相電圧にも依存している。

この種の装置において、車載電源網における負荷の投入に基づいて、自動車用発電機の出力電圧に電圧降下が発生すると、この電圧降下はレギュレーター制御部７によって検出される。このレギュレーター制御部は、そのような電圧降下が発生した場合には、当該電圧降下の補償調整が引き起こされるように構成されている。このことは以下のように行われる。

レギュレーター制御部７は、負荷投入の発生後に、検出器手段１３から自身に供給された信号のパラメータ値を検出する。この信号は、自動車用発電機２の目下の動作点を表すパラメータに相応しており、そのため、レギュレーター制御部は自身に供給されたパラメータ値から自動車用発電機の目下の動作点を求めることが可能である。そのパラメータ値から自動車用発電機の目下の動作点が推論できる当該のパラメータには、回転数や温度が属する。前記回転数とは、発電機回転数及び／又はエンジン回転数である。また前記温度とは、発電機温度及び／又はレギュレーター温度及び／又はエンジンルーム温度及び／又は周辺温度であり得る。自動車の目下の動作点を表すさらなるパラメータには、例えば発電機の負荷及び／又は励磁電流及び／又はデューティー比及び／又はバッテリー電圧及び／又は発電機電圧等が挙げられる。励磁電流とデューティー比に関する情報はいずれにせよレギュレーター制御部に存在している。そのパラメータ値から自動車用発電機の目下の動作点が推論できるさらなるパラメータに関する情報は、検出器手段１３からレギュレーター制御部に供給される。

レギュレーター制御部が前記のパラメータから自動車用発電機の目下の動作点を求めると、前記レギュレーター制御部は、制御信号ｓの目下のデューティー比を高め、発生した電圧降下の前記動作点に最適な補償調整を開始するために、当該動作点に属する動作点に依存した絶対値を選択する。それにより、第１のステップにおいてスイッチングトランジスタ６に、デューティー比の高められた制御信号ｓが供給される。これにより励磁巻線５を流れる励磁電流も高められ、このことも当該発電機装置の出力電圧の上昇につながる。

動作点に依存した絶対値の選択のために（この絶対値分だけ、制御信号ｓの目下のデューティー比が高められる）、レギュレーター制御部７はメモリ１４をアドレス指定し、前記メモリ１４内には特性マップがファイルされており、当該特性マップ内では、多数の動作点にそれぞれ１つの差分絶対値が割り当てられている。

引き続きレギュレーター制御部は制御信号ｓを第２のステップにおいて次のように生成する。すなわち補償調整速度が制限され、それに伴って負荷応答機能が実施されるように生成する。

その結果として本発明においては、負荷投入によって引き起こされた電圧降下の発生の後で、まず、自動車用発電機の目下の動作点が求められ、スイッチングトランジスタ６に供給される制御信号ｓのデューティー比が動作点に依存した差分絶対値分だけ高められる。その後の第２のステップにおいては補償調整速度の制限が負荷応答機能に合わせて行われる。

図２には公知の手法を説明するための線図が示されている。図２ａでは、制御信号ｓのデューティー比が時間軸上にプロットされており、図２ｂでは、発電機の負荷Ｌが時間軸上にプロットされている。時点ｔ１では第１の負荷が投入され、時点ｔ２では第２の負荷が投入される。この２つの負荷の投入は、発電機装置から供給される出力電圧に電圧降下を引き起こす。

図２ａから見て取れることは、時点ｔ１では制御信号ｓのデューティー比が第１段階として絶対値Ｂ分だけ跳躍的に高まり、その後の第２段階では、引き続き電圧降下の補償調整のために、デューティー比が負荷応答機能の目的で緩やかに引き上げられていることである。その後デューティー比は時点ｔ２まで不変のまま維持される。時点ｔ２では、制御信号ｓのデューティー比が再び第１段階として絶対値Ｂ分だけ跳躍的に高められ、その後の第２段階では、さらなる電圧降下の補償調整のために、デューティー比が負荷応答機能の目的で再び緩慢に引き上げられている。２つの負荷投入の際に制御信号ｓのデューティー比を跳躍的に引き上げる絶対値量、すなわちブラインドゾーンＢは一致しており、そのつどの負荷投入発生時点の発電機が目下どの動作点にあるのかには依存していない。そのつどの電圧降下が補償調整されるまでの間持続する負荷応答機能の持続時間は、図示の実施例の場合は異なっている。

図２ｂから見て取れることは、時点ｔ１における負荷投入によって迅速にブラインドゾーンに亘って補償調整される投入負荷成分、すなわち負荷応答機能が投入される前の投入負荷成分は、値デルタΔ１を有し、投入負荷の迅速に補償調整される成分は値Δ２を有することである。ここでは値Δ１の方が値Δ２よりも大である。このことから逆推論されることは、時点ｔ１における発電機は、時点ｔ２のときとは異なる動作点にあったということである。

図３には、本発明による手法の説明のための線図が示されている。図３ａでも制御信号ｓのデューティー比が時間軸に亘ってプロットされており、それに対して図３ｂには、発電機の負荷Ｌが時間軸に亘ってプロットされている。時点ｔ１では、第１の負荷が投入され、時点ｔ２では、第２の負荷が投入されている。これらの２つの負荷の投入は、発電機装置から供給される出力電圧に電圧降下を引き起こす。

図３ａから明らかなことは、時点ｔ１では、制御信号ｓのデューティー比が第１段階として絶対値Ｂ１分だけ跳躍的に高められ、その後の第２段階では、電圧降下の補償調整のために、デューティー比が負荷応答機能の目的で再び緩慢に引き上げられていることである。その後のデューティー比は時点ｔ２まで不変のまま維持される。時点ｔ２では、制御信号ｓのデューティー比が第１段階として絶対値Ｂ２分だけ跳躍的に高められ、その後の第２段階では、さらなる電圧降下の補償調整のために、デューティー比が負荷応答機能の目的で再び緩慢に引き上げられている。ここでの２つの負荷投入の際に制御信号ｓのデューティー比を跳躍的に引き上げる絶対値量、すなわちブラインドゾーンは異なっている。すなわち、時点ｔ１における負荷投入の際にはブラインドゾーンＢ１が用いられ、時点ｔ２における負荷投入の際にはブラインドゾーンＢ２が用いられている。この場合の図示の実施例においてはＢ１よりもＢ２の方が大である。ここでのブラインドゾーンの選択は、前述の図１に関連して説明したように、そのつどの負荷投入の時点で存在している動作点に依存して行われる。そのつどの電圧降下が補償調整されるまでの間持続する負荷応答機能の持続時間は、この実施例の場合も異なっている。

図３ｂから見て取れることは、時点ｔ１で投入された負荷の迅速な補償調整成分と、時点ｔ２で投入された負荷の迅速な補償調整成分とがそれぞれ値Δを有していることであり、すなわちそれらの値はここでは一致している。

Claims (10)

1. 負荷投入若しくは回転数変動に起因する、自動車用発電機の出力電圧における電圧降下を、発電機レギュレーターを用いて補償調整するための方法であって、
   前記発電機レギュレーターに、自動車用発電機の励磁電流を高めるデューティー比を備えた制御信号が供給され、
   電圧降下が発生した後の第１段階では制御信号のデューティー比が差分絶対値の分だけ高められ、それに続く第２段階では補償調整速度が制限される、方法において、
   電圧降下が発生した後で、自動車用発電機の目下の動作点を表すパラメータを検出し、
   前記第１段階において、動作点に依存した前記差分絶対値の設定を行うようにしたことを特徴とする方法。
2. 前記自動車用発電機の目下の動作点を表すパラメータには、回転数及び温度が属している、請求項１記載の方法。
3. 前記自動車用発電機の目下の動作点を表すパラメータには、発電機回転数及び／又はエンジン回転数が属している、請求項２記載の方法。
4. 前記自動車用発電機の目下の動作点を表すパラメータには、発電機温度及び／又はレギュレーター温度及び／又はエンジンルーム温度及び／又は周辺温度が属している、請求項２又は３記載の方法。
5. 前記自動車用発電機の目下の動作点を表すパラメータには、発電機の負荷及び／又は励磁電流及び／又はデューティー比及び／又はバッテリー電圧及び／又は発電機電圧が属している、請求項２から４いずれか１項記載の方法。
6. 前記差分絶対値は、多数の動作点にそれぞれ１つの差分絶対値が割り当てられている、記憶された特性マップから取り出されている、請求項１から５いずれか１項記載の方法。
7. 複数の異なった動作点に、複数の異なった差分絶対値が割り当てられている、請求項１から６いずれか１項記載の方法。
8. 負荷投入若しくは回転数変動に起因する、自動車用発電機の出力電圧における電圧降下を補償調整するための装置であって、
   発電機レギュレーターを有しており、該発電機レギュレーターには自動車用発電機の励磁電流を高めるデューティー比を備えた制御信号が供給されており、
   前記発電機レギュレーターは、電圧降下が発生した後の第１段階において制御信号のデューティー比を差分絶対値の分だけ高め、それに続く第２段階において補償調整速度を制限する、装置において、
   検出手段（１３）を有しており、該検出手段（１３）が、電圧降下が発生した後で、自動車用発電機の目下の動作点を表すパラメータを検出し、
   前記検出手段（１３）は、発電機レギュレーター（１）に接続されており、
   前記発電機レギュレーター（１）は、前記検出手段から供給された検出信号の評価によって自動車用発電機の動作点を求め、前記第１段階において、動作点に依存した前記差分絶対値の設定を行うように構成されていることを特徴とする装置。
9. 前記装置は、メモリ（１４）を有しており、該メモリ（１４）内には、多数の動作点にそれぞれ１つの差分絶対値が割り当てられている特性マップが記憶されている、請求項８記載の装置。
10. 前記特性マップにおいて複数の異なった動作点に複数の異なった差分絶対値が割り当てられている、請求項８または９記載の装置。

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