JP2983375B2 - 車両用電子制御装置 - Google Patents

車両用電子制御装置

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JP2983375B2
JP2983375B2 JP4090944A JP9094492A JP2983375B2 JP 2983375 B2 JP2983375 B2 JP 2983375B2 JP 4090944 A JP4090944 A JP 4090944A JP 9094492 A JP9094492 A JP 9094492A JP 2983375 B2 JP2983375 B2 JP 2983375B2
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    • H02J7/14Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、オルタネータ制御と
アイドル回転数制御を関連して行なう車両用電子制御装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のオルタネータ発電制御において
は、例えば特開昭59−222099号公報に示される
ように、負荷電流を検出し、その検出値に応じて発電電
圧を切換えるものが知られている。
【0003】又、オルタネータ制御と関連したアイドル
回転数制御においては、空気量を制御するものとして例
えば特開昭63−170553号公報に示されたものが
あり、これは電気負荷電流を検出し、負荷電流に応じて
アイドル回転数を制御するものである。又、オルタネー
タを制御するものとしては、特開昭61−247238
号公報に示されたものがあり、これはオルタネータのフ
ィールドコイルへの通電、遮断による断続信号即ちフィ
ールドデューティ信号からオルタネータ出力電流を予想
し、このデューティの増加時にはフィールドコイルへの
通電を強制的にオフし、その後オン側へ切換えて漸増デ
ューティ制御を行なうものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のオルタ
ネータ発電制御においては、負荷電流又はバッテリ充電
電流のどちらか一方のみに基づいて行なっていたので、
負荷電流が小さいとき発電カットするものではバッテリ
が十分に充電されず、またバッテリの充電電流が大きい
ときには発電カットによりバッテリが上がりの状態にな
ってしまう恐れがあった。又、バッテリの充電電流が小
さいとき発電カットするものでは、大きな電気負荷がか
かったときやはりバッテリが上がりの状態になるという
課題があった。
【0005】又、オルタネータ制御と関連したアイドル
回転数制御においては、上記したように、電気負荷電流
に対応して空気量を制御するもの、あるいはオルタネー
タを制御して出力増大時一旦出力をカットしてその後出
力を漸増するいわゆる負荷応答制御をするものがある
が、前者の場合には空気量を制御するので電気負荷投入
初期の回転数落ち込みを救うことができない。又、後者
の場合にはフィールドデューティの増加から判断するた
め、やはり電気負荷投入時の回転数落ち込みを防ぐこと
ができない。又、フィールドデューティからオルタネー
タ出力を予想する時、エンジン軽負荷では略フィールド
デューティ×エンジン回転数として出力電流が得られる
が、フィールドコイル抵抗が周囲温度により変化するこ
とによる誤差が大きく、制御性を悪化させていた。
【0006】この発明は上記のような課題を解決するた
めに成されたものであり、制御性がよいオルタネータ制
御及びこれに関連した制御性がよいアイドル回転数制御
を行ない、燃費低減、出力性能改善、及びアイドルクオ
リティ改善を安価な構成で実現することができる車両用
電子制御装置を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係る車両用電
子制御装置は、オルタネータの出力電流を検出する手段
と、負荷電流を検出する手段と、オルタネータ出力電流
軽負荷に相当する所定値以下のときオルタネータの発
電をカットするとともに負荷電流が所定値以上のとき発
電カットを解除する手段を設けたものである。
【0008】この発明に係る車両用電子制御装置は、負
荷電流を検出する手段と、負荷電流が増大したときにオ
ルタネータの発電を所定時間カットした後オルタネータ
の出力を漸増するとともに、機関への供給空気量を増大
させる手段を更に設けたものである。
【0009】又、この発明に係る車両用電子制御装置
は、機関の加速を検出する手段と、機関の加速時にオル
タネータの発電を所定時間カットした後オルタネータの
出力を漸増させる手段を更に設けたものである。
【0010】
【作用】この発明においては、オルタネータ出力電流が
所定値以下のときオルタネータの発電がカットされ、負
荷電流が所定値以上のとき発電カットが解除され、バッ
テリの充電状態や電気負荷の大小に対応して最適な条件
でオルタネータの発電制御がされる。
【0011】又、この発明においては、負荷電流が増大
したときにオルタネータの負荷応答制御が行なわれると
ともに機関への供給空気量が増大され、電気負荷投入に
よるアイドル回転数の落ち込みは生じない。
【0012】又、この発明においては、機関加速時にオ
ルタネータの発電が所定時間停止された後オルタネータ
出力が漸増され、加速が円滑に行なわれる。
【0013】
【実施例】実施例1 以下、この発明の実施例を図面とともに説明する。図1
は実施例1による構成を示し、1はバッテリ、2aはバ
ッテリ電圧検出信号であり、オルタネータ2は該信号2
aと発生する電圧信号とに基づき出力電流2bを制御す
る基本機能の他に、外部からの制御信号7aにより出力
電流2bを制御する機能を有する。3はメインヒューズ
ボックス内のヒューズ又はヒュージブルリンクであり、
この下流のA点でオルタネータ出力ラインと電源ライン
が接する。
【0014】4はキースイッチ、5はオルタネータ出力
電流IA を検出する電流センサであり、5aは電流値に
対応した電圧信号である。6は電気負荷の電流IL を検
出する電流センサであり、6aは電流値に対応した電圧
信号である。A点より上流でバッテリ1への充電方向を
正方向にとり、バッテリ充電電流をIB とすると、IA
=IB +IL の関係が成立する。7は電圧信号5a,6
a及び信号9aに基づき、予め定められたプログラムに
従ってオルタネータ2の出力を制御信号7aにより制御
するとともに、アイドル回転数制御アクチュエータとし
てのISCバルブ(ISCV)8を制御信号7bにより
制御する制御ユニット(ECU)である。信号9aに
は、エンジン回転数を得るためのクランク角信号、スロ
ットル弁のアイドル開度位置を検出するアイドルスイッ
チ、加減速判定を行なうためのスロットル開度信号、吸
入空気量信号、始動スイッチ、ギヤ入力信号(ニュート
ラル、ギヤ入検出)、ブレーキスイッチやヘッドライト
スイッチからの信号などが含まれる。
【0015】10はエンジン運転時に常時負荷となって
いる電気負荷であり、これにはECU7を含む各種制御
ユニット、点火コイル、インジェクタ等が対応する。1
1は電気負荷スイッチ、12はスイッチ11がオンした
ときに実際にかかる電気負荷であり、各種の負荷から成
っており、例えば電動ファン、ブロワ、リアデフォッ
ガ、ヘッドライト、パワーウインドウなどである。
【0016】次に、実施例1の動作を説明する。システ
ムが複合されているので解り易くするために、制御内容
を以下のように分類して順番に説明を行なう。1.オル
タネータ発電制御(1.1 オルタネータ加速時発電カ
ット制御(加速性能向上)、1.2 オルタネータ軽負
荷時発電カット制御(燃費改善)、1.3 オルタネー
タ負荷応答制御(アイドル回転数安定化))、2.アイ
ドル回転数制御(2.1 ISC負荷補正(アイドル回
転数安定化))
【0017】まず、オルタネータ発電制御は、主として
加速性能を向上するための加速時発電カット制御と、主
として燃費改善を目的とする軽負荷時発電カット制御
と、アイドル安定化のための負荷応答制御に分けられ
る。これらの動作は以下タイムチャートやフローチャー
トにより詳細に説明するが、処理の流れとしては加速時
処理、軽負荷時処理、アイドル時処理の順に行なう。
【0018】図2は加速時発電制御ルーチンを示すフロ
ーチャート、図3はこのときのタイムチャートである。
図2のステップ401では始動中か否かを判定し、始動
中であればこの処理ルーチンを終了する。始動の判定は
始動スイッチによる。始動時は運転状態が不安定なの
で、加速判定を誤る可能性があり、外部の制御信号によ
る発電制御を行なわないようにする。次に、ステップ4
02では加速判定を行なう。加速判定はスロットル開度
の変化量や吸入空気量の変化量などにより行なうのが一
般的であるが、ここでは図3(a)に示すようにスロッ
トル開度の変化量が所定値以上のときに加速と判定し、
図3(b)に示すように加速判定フラグを“1”とす
る。
【0019】加速と判定されたときは、ステップ403
で加速タイマ1,2をセットする。該タイマの大小関係
は加速タイマ1<加速タイマ2となっている。又、所定
の定時間割込処理毎に値が0になるまで所定量の漸減を
行なっており、図3(c),(d)に動作波形を示す。
ステップ404では加速タイマ2が0になったか否かを
判定し、0であれば処理ルーチンを終了し、0でなけれ
ばステップ405でギヤの入切を判定し、ギヤ入の場合
にはステップ406でヘッドライトのオンオフの判定を
行なう。
【0020】ギヤが入っていてヘッドライトがオフの場
合には、加速時発電制御又は発電カット制御を行なうこ
とになる。これは、加速時発電カット制御は加速性能を
向上させることを目的としているので、ギヤが入って走
行しているときに有効としている。又、ヘッドライトを
点灯して走行中に加速時発電カット制御を行なうと、一
瞬暗くなる(14.5Vから12.5Vとなる。)の
で、安全性のためヘッドライト点灯中は該制御を行なわ
ない。
【0021】ステップ407では加速タイマ1が0か否
かを判定し、0でないときはステップ408へ進み、発
電カットをする。即ち、オルタネータ2への制御信号7
aのデューティを0%とする。加速タイマ1が0のとき
はステップ409へ進み、制御デューティを所定量増加
する。ただし、デューティ100%以上の場合は100
%で増加は停止する。図3(e)は制御デューティの変
化を示す。又、図3(f)は対応するオルタネータ2の
出力電流IA を示し、図3(g)はバッテリ1の電圧を
示す。ここで、発電制御後制御デューティが100%に
なってもオルタネータ2の出力電流IA が増え続けるの
は、発電制御中バッテリ1からの放電分を充電するため
である。
【0022】図4及び図5は軽負荷時発電カット制御の
フローチャート及びタイムチャートである。図4のステ
ップ601では加速タイマ2が0か否かを判定し、0の
場合にステップ602に進む。これは、加速タイマ2の
条件が優先することを示す。ステップ602ではギヤ入
切を判定し、ギヤ入の場合にステップ603へ進む。こ
れは、ギヤが切れているときは発電カットしてエンジン
負荷を軽減しても、アイドル回転数を上昇させるだけで
あるからである。ステップ603ではエアコンのオンオ
フを判定し、オフの場合にはステップ604へ進む。こ
れは、エアコンの消費電力によりバッテリ1が上がるの
を防止するためである。
【0023】ステップ604ではヘッドライトのオンオ
フを判定し、オフの場合にはステップ605へ進む。こ
れは、ヘッドライトのオン時に発電カットすると、走行
中急に暗くなった場合危険だからである。ステップ60
5ではブレーキのオンオフを判定し、オフの場合にステ
ップ606へ進む。これは、ブレーキオフ時に発電カッ
トすると、エンジントルクが増大するからである。
【0024】ステップ606では軽負荷フラグのセッ
ト、リセットを判定し、リセット状態であればステップ
607へ進み、オルタネータ2の出力電流IA のスレッ
ショルドIATを求める。IATはエンジン回転数と負荷と
の2次元マップに予め設定されており、該当値を参照し
て得る。この場合、負荷としてCE(充てん効率)を用
いているが、この値は図示しないルーチンで燃料演算な
どのため吸入空気量を回転数で除した値として予め演算
されている。他に、ブースト値やスロットル開度などを
用いることができる。
【0025】ステップ608では実際のオルタネータ2
の出力電流IA を読み取り、ステップ609ではIA
ATを比較する。IA <IATであればステップ610へ
進み、軽負荷と判定して軽負荷フラグをセットする。I
A <IATでなければステップ615へ進み、軽負荷フラ
グをリセットする。ステップ611では発電カットを行
なう。即ち、制御デューティを0%とする。
【0026】一方、ステップ606で軽負荷フラグがセ
ットされていればステップ612へ進み、負荷電流IL
のスレッショルドILTを演算により求める。演算はエン
ジン回転数と負荷との2次元マップを参照して行なう。
ステップ613では実際の負荷電流IL を読み取り、ス
テップ614ではIL とILTとを比較し、IL ≧ILT
あればステップ615へ進み、軽負荷フラグをリセット
し、ステップ616で発電カット制御を止めて通常の発
電制御を行う。即ち、制御デューティを100%にす
る。ステップ614でIL <ILTのときはステップ61
1で引き続き発電カット制御を行う。
【0027】図5のタイムチャートにおいて、(a)は
電気負荷入切の変化を示し、(b)はオルタネータ出力
電流IA と発電カット制御開始条件のスレッショルドI
ATを示し、(c)は軽負荷フラグの変化を示し、(d)
は負荷電流IL と制御終了条件のスレッショルドILT
示し、(e)は制御デューティの変化を示す。なお、発
電カットを行なった後負荷電流は減少するが、0でない
のは図1の電気負荷10のような定常的な電気負荷があ
るためである。
【0028】図6及び図7は負荷応答発電制御動作を示
すフローチャート及びタイムチャートであり、ステップ
801では加速タイマ2が0か否かを判定し、0であれ
ばステップ802〜805でアイドル判定を行う。即
ち、ステップ802ではギヤ入切を判定し、切の場合に
はステップ803でアイドルスイッチのオンオフを判定
し、オンの場合にはステップ804でISC目標回転数
NET を読み込み、ステップ805ではエンジン回転数
NEがNE≦NET +K(Kは定数)であるか否かを判
定し、この式が成立した場合にはアイドル状態と判定し
てステップ806へ進む。それ以外のときはステップ8
15へ進み、通常の発電制御を行う。
【0029】次に、ステップ806〜809は負荷が増
大したか否かを判定するルーチンであり、ステップ80
6では負荷電流IL (i)を読み込み、ステップ807
では前回の負荷電流IL (i−1)を読み込み、ステッ
プ808では負荷電流スレッショルドILIT =f{IL
(i−1)}を演算し、ステップ809ではIL (i)
−IL (i−1)≧ILIT が成立するか否かを判定す
る。成立した場合には負荷電流が増大したと判定し、ス
テップ810で負荷応答タイマ1,2をセットし、不成
立の場合にはステップ811へ進む。
【0030】負荷応答タイマ1,2は図7(c),
(d)に示すように同時にセットされ、またタイマ1<
タイマ2の関係にある。ステップ811ではタイマ1が
0か否かを判定し、0でない場合にはステップ812で
発電カット制御を行う。0の場合にはステップ813へ
進んでタイマ2の判定を行ない、0でなければステップ
814で発電制御(デューティ漸増)を行ない、0の場
合にはステップ815で通常の発電制御を行う。
【0031】ここで、タイマ1,2についてもう少し説
明する。オルタネータ負荷応答制御は、次に説明するI
SC負荷補正と共に用いて、エンジンアイドル時に電気
負荷が入り、回転数が落ち込むのを防止するための制御
である。電気負荷に対してはスイッチを設け、スイッチ
動作時に吸気量を増大させるものも知られているが、多
数の電気負荷に対してスイッチを個別に設けることはE
CU7のコネクタ数の増大などにより不経済である。そ
こで、オルタネータ2自身が電気負荷が入ったときバッ
テリ電圧の落ち込みによりこれを検出し、発電を一瞬止
めて徐々に戻していくものも知られている。このタイプ
のものを負荷応答形オルタネータと称しているが、通常
5〜10秒間で徐々に戻す制御をとる。これは、アイド
ル回転数制御の回転数フィードバック制御で十分対抗で
きる程度の速度に合せるためである。
【0032】しかし、このような遅い制御では、制御中
に負荷変動があったり、ヘッドライト負荷では長時間暗
くなるなどの弊害があった。又、他の方法として、オル
タネータ出力電流の増分から電気負荷の増大を知り、I
SCV8により吸入空気量を増大させる負荷補正の方法
も知られている。しかし、空気量を増加してもエンジン
の行程(吸入−圧縮−爆発−排気)の遅れがあり、実際
にトルクとして現れるのは3行程ほど遅れるので、電気
負荷が入った直後はやはりエンジン回転数が落ち込むこ
とになる。これに対して、この実施例はオルタネータ負
荷応答制御とアイドル回転数負荷補正制御とを組合せ、
最初の落ち込みもなく、後の回転数制御も良好な方法を
得るものである。
【0033】従って、負荷応答タイマ1は上記行程遅れ
を補償するためのものであり、エンジンの3行程ほどの
時間となる。アイドル回転数を750rpm とすれば、4
気筒エンジンの場合120ms程度の時間となる。
【0034】又、タイマ2は次のように選ばれる。即
ち、ISCV8によりステップ状に空気量を増やしたと
き、エンジンが吸入する空気量はスロットルバルブ下流
の空気容積(主にサージタンク容積)VS と各気筒の行
程容積VC とで略定められる一次遅れで近似できる。 時定数τ=VS /VC ×T Tはアイドル回転周期である。従って、この時定数τに
略等しい時間+タイマ1の時間がタイマ2の時間とな
る。このように選べば通常約1秒(あるいはそれ以下)
で負荷応答制御をすることができ、短時間で弊害が生じ
ない制御性のよいアイドル回転数制御をすることができ
る。
【0035】図8はISCV(アイドル・スピード・コ
ントロール・バルブ)8を制御し、エンジンの吸入空気
量を制御するアイドル回転数制御の中で電気負荷の補正
制御を行う動作を示すタイムチャートである。電気負荷
の増大を負荷電流IL の増大により検出し、所定の負荷
電流の増大に対応して以下の制御を行なう。もちろん、
同時にオルタネータ負荷応答制御も行なう。
【0036】次に、負荷電流の増大に対応してISCV
8のデューティを増大させる。ISCV8はデューティ
制御で空気量を制御するものであり、例えばリニアソレ
ノイド式のものがある。これに対して、エンジントルク
は3行程ほどの遅れ(ムダ時間)と一次遅れを持って立
上る。このとき、エンジン回転数はオルタネータ制御も
ISCV8による負荷補正もしなければ図8(e)のハ
のようになり、ISCV8による負荷補正だけ行うとロ
のようになる。本実施例のように両方を行ない、かつム
ダ時間や1次遅れなどを考慮した最適制御を行うと、イ
に示すように回転数の落ち込みがなく安定したアイドル
回転数制御を行うことができる。
【0037】実施例2 図9は実施例2による構成を示し、実施例1を簡素化、
低コスト化したものであり、電流センサ5,6を1個所
にまとめて簡素な構成の電流センサ50としたものであ
る。即ち、51,52は電流センサ5,6の電流検出部
であり、53はアンプを含む回路部を示す。又、メイン
ヒューズボックス付近に電流センサ50を配設すること
により電流検出部51,52を近接させることが可能で
あり、一体化することができる。
【0038】電流センサ50の詳細を図10により説明
する。この場合は、ホール式電流センサを示す。51a
は電流が流れる金属バー、51bはコア、51cはホー
ル素子である。金属バー51aに電流が流れると、周囲
に設置したコア51bのギャップに該電流に対応した磁
束が発生し、この磁束をホール素子51cで検出して電
気信号に変換する。52a〜52cも同様であり、これ
らを電流検出部と呼ぶ。又、回路部53は信号選択器5
3aと増幅器53bから成り、ECU7により選択され
た電流検出部51,52の出力が電圧信号として取り出
される。
【0039】実施例3 実施例1では負荷電流IL を検出したが、バッテリ充電
電流IB を検出してもよい。オルタネータ出力電流IA
=IL +IB であり、IA とIB を検出すればIL を演
算により求めることができる。ただし、IB は双方向の
電流の向きを検出する必要があるので、電流センサ5,
6よりは構成が複雑となる。
【0040】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、オルタ
ネータ出力電流が所定値以下のときその発電をカットす
るとともに、負荷電流が軽負荷に相当する所定値以上の
ときこのカットを解除しているので、燃費を改善すると
ともに制御性を良好にすることができる。又、負荷電流
が増大したときオルタネータの負荷応答制御及び吸気量
の増大を行なっているので、アイドル回転数の落ち込み
を防止し、安定したアイドル回転数制御を行なうことが
できる。更に、機関の加速時にもオルタネータの発電を
所定時間カットした後オルタネータの出力を漸増させる
ようにしており、加速時に機関の負荷を減じて加速性能
を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明装置の実施例1による構成図である。
【図2】この発明装置の加速時の発電制御動作を示すフ
ローチャートである。
【図3】この発明装置の加速時の発電制御動作を示すタ
イムチャートである。
【図4】この発明装置の軽負荷時発電制御動作を示すフ
ローチャートである。
【図5】この発明装置の軽負荷時発電制御動作を示すタ
イムチャートである。
【図6】この発明装置の負荷応答制御動作を示すフロー
チャートである。
【図7】この発明装置の負荷応答制御動作を示すタイム
チャートである。
【図8】この発明装置のアイドル回転数制御負荷補正動
作を示すタイムチャートである。
【図9】この発明装置の実施例2による構成図である。
【図10】この発明装置の実施例2による電流センサの
構成図である。
【符号の説明】
1 バッテリ 2 オルタネータ 5,6,50 電流センサ 7 制御ユニット(ECU) 8 ISCバルブ 10,12 電気負荷
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02J 7/14 - 7/24

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バッテリを充電するとともに負荷電流を
    供給するオルタネータと、前記 オルタネータの出力電流を直接又は間接的に検出す
    る手段と、前記 負荷電流を直接又は間接的に検出する手段と、前記 オルタネータの出力電流が軽負荷に相当する所定値
    以下のとき前記オルタネータの発電をカットするととも
    に、前記負荷電流が所定値以上のとき発電カットを解除
    する手段を備えたことを特徴とする車両用電子制御装
    置。
  2. 【請求項2】 前記負荷電流が増大したときに前記オル
    タネータの発電を所定時間カットした後、前記オルタネ
    ータの出力を漸増するとともに、機関への供給空気量を
    増大させる手段を更に備えたことを特徴とする請求項1
    に記載の車両用電子制御装置。
  3. 【請求項3】 機関の加速を検出する手段と、前記 機関の加速時に前記オルタネータの発電を所定時間
    カットした後オルタネータの出力を漸増させる手段
    更に備えたことを特徴とする請求項1に記載の車両用電
    子制御装置。
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