JP3086321B2 - オルタネータ入力トルク演算方法 - Google Patents

オルタネータ入力トルク演算方法

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JP3086321B2
JP3086321B2 JP04051495A JP5149592A JP3086321B2 JP 3086321 B2 JP3086321 B2 JP 3086321B2 JP 04051495 A JP04051495 A JP 04051495A JP 5149592 A JP5149592 A JP 5149592A JP 3086321 B2 JP3086321 B2 JP 3086321B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車用のオルタネー
タの入力トルクを演算するオルタネータ入力トルク演算
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】オルタネータの入力トルクを演算するこ
とは、エンジン出力の消費などの観点から重要である。
従来この種のオルタネータ入力トルク演算方法として
は、エンジンにオルタネータを装着する前にトルクメー
タを使用して計測している。
【0003】そして通常、オルタネータは、例えば実開
昭63−21444号公報や実開昭63−90938号
公報に記載されているように、エンジンの回転数により
発電電圧が異なるため、オルタネータの回転速度をクラ
ッチや変速機構を用いて調整することにより、バッテリ
に出力する発電電圧が一定以上高くならないように制御
されるのが一般的である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、回転数により発電電圧を調整する場合であって
も、オルタネータの負荷変動によりその発電電圧が変化
するため、回転数のみでの調整では十分なものではない
ので、入力トルクの変化を演算してその変化状態に基づ
いて発電電圧を調整するよう制御することが考えられる
が、トルクメータでの検出は実質的に諸々の問題があ
り、実車状態での有効な入力トルクの演算方法がなかっ
た。
【0005】本発明は、このような不具合を解消するこ
とを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような手段を講じたものであ
る。すなわち、本発明に係るオルタネータ入力トルク演
算方法は、オルタネータのフィールドコイルの通電時間
と断電時間とを計時し、該通電時間と断電時間との合計
時間に対する通電時間の比率を計算して発電仕事量を検
出し、該発電仕事量とオルタネータの回転数に応じて設
定される係数とに基づいてオルタネータの入力トルクを
演算することを特徴とする。
【0007】
【作用】このような構成のものであれば、オルタネータ
のフィールドコイルの通電及び断電時間に基づいてオル
タネータの発電仕事量を検出して、その発電仕事量から
入力トルクを求めているので、電流計などを用いるもの
に比べ発電仕事量を安価な構成で検出でき、かつ実車状
態で入力トルクを演算できる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して
説明する。
【0009】図1において、1はオルタネータ、2はI
Cレギュレータ、3はバッテリ、4は電子制御装置(E
/G ECU)である。
【0010】オルタネータ1は、ステータの溝中に巻か
れて3相星形結線される3つのステータコイルL1〜L
3と、ステータの内側で回転可能に支持されたロータの
中に巻かれたフィールドコイルLfとを有し、ステータ
コイルL1〜L3から出力される3相交流をダイオード
D1〜D6により全波整流して出力する構成である。ダ
イオードD1,D3,D5のカソードは、バッテリ3の
正極に接続されるとともにICレギュレータ2の充電端
子Bに接続される。また、ダイオードD2,D4,D6
のアノードは接地してある。
【0011】ICレギュレータ2は、その電源入力端子
IGが、バッテリ3の端子電圧をモニタするためにその
正極に接続され、フィールドコイル制御端子Fがオルタ
ネータ1のフィールドコイルLfに接続されるとともに
電子制御装置4に接続され、相信号入力端子Pがステー
タコイルL1に接続されている。このICレギュレータ
2の2つのトランジスタTr1,Tr2は、IC2aか
ら出力される信号によりオン・オフし、一方のトランジ
スタTr1がオン・オフすることにより公知のレギュレ
ート動作を行う。つまり、この実施例のものでは、トラ
ンジスタTr1をオンさせることによってオルタネータ
1のフィールドコイルLfに励磁電流を流して(電子制
御装置4に対してはオン信号Sonが出力されたことに
相当する)、オルタネータ1のステータコイルL1〜L
3に電流を誘起させて発電を行う。また、他方のトラン
ジスタTr2をオンさせることによって図示しないチャ
ージングランプ(端子Lに接続される)を点灯させる。
すなわち、トランジスタTr1のオン・オフは、バッテ
リ3の端子電圧が一定になるようにオルタネータ1の発
電を制御するもので、電源入力端子IGに入力されるバ
ッテリ3の端子電圧とIC2aに設定された目標電圧
(例えば14.5V)とを比較し、端子電圧が目標電圧
より低ければオン、反対に高ければオフとされる。上記
したように、トランジスタTr1がオンすると、フィー
ルドコイル制御端子Fからはオン信号Sonが電子制御
装置4に出力され、またオフすることによりオフ信号S
offが出力されることになる。なお、ダイオードD1
〜D6に並列に設けた2個のダイオードD7,D8から
なる直列接続体5は、中性点ダイオードであり、オルタ
ネータ1の作動時にステータコイルL1〜L3の中性点
に生じる電位変動を還元してエネルギの有効利用を図る
ものである。
【0012】電子制御装置4は、マイクロコンピュータ
を主体にして構成されており、その入力インターフェー
スの1つのポートにはICレギュレータ2のフィールド
コイル制御端子Fが接続されており、他のポートには車
速センサやディストリビュータに内蔵されるクランク角
基準位置センサなどのエンジンを制御するためのセンサ
などが接続される。そして、この電子制御装置4には、
オルタネータ1のフィールドコイルLfの通電時間To
nと断電時間Toffとを計時し、該通電時間Tonと
断電時間Toffとの合計時間に対する通電時間Ton
の比率を計算して発電仕事量FDUTYを検出し、該発
電仕事量FDUTYとオルタネータ1の回転数に応じて
設定される係数とに基づいてオルタネータ1の入力トル
クTqを演算するプログラムが内蔵されている。
【0013】上記の構成において、オルタネータ1の発
電仕事量FDUTYの検出は、単位時間あたりのオン信
号Sonとオフ信号SoffとからなるFDUTY信号
のオン/オフ比率により行われる。具体的には、前記単
位時間として、ピストンの上死点TDCから次の上死点
TDCまでの時間を1つの区切として行われる。これ
は、アイドリング状態や電気負荷の少ない状態では、イ
グニッションプラグで消費するエネルギが、電子制御装
置4や燃料噴射弁あるいはフューエルポンプなどで消費
されるそれに比べて大きく、フィールドコイル制御端子
FからのFDUTY信号のオン/オフ切替わりタイミン
グは、ほぼ点火のタイミングに同期している。この上死
点TDCの検出は、前記クランク角基準位置センサから
出力される圧縮上死点を示すN(気筒判別)信号を使用
して行うものである。そして、電子制御装置4は、内蔵
するカウンタにより入力インターフェースに入力される
フィールドコイル制御端子FからのFDUTY信号のオ
ン/オフそれぞれの持続時間tonα,toffα(α
は正の整数とする)を測定する。この場合、カウンタ
は、それぞれの持続時間tonα,toffαを個別に
計時するために2つとし、それぞれのカウンタは時間を
積算して計時できるもので、上死点TDCのタイミング
でクリアされるものとする。この持続時間tonα,t
offαの測定は、図2に示すように、上死点TDCか
ら次の上死点TDCの間の区間MPに行われ、その間の
オン信号Sonの持続時間tonαの合計とオフ信号S
offの持続時間toffαの合計とが、フィールドコ
イルLfの通電時間Tonと断電時間Toffとして後
述する発電仕事量の検出に使用される。
【0014】すなわち、オルタネータの発電仕事量FD
UTYとは、単位時間を設定するための区間MPの時間
長における、フィールドコイルLfの通電時間Ton
(発電状態)の合計時間の比率により表す。この実施例
では、単位時間となる、上死点TDCから次の上死点T
DCまでの期間で設定した区間MPの時間Tmpの長さ
を、発電状態となる通電時間Tonの合計時間と、断電
時間Toffの合計時間とを加算して求める。すなわ
ち、オルタネータ1の発電仕事量FDUTYは、区間M
Pの時間Tmp(=Ton+Toff)に対する通電時
間Tonの比率により検出されるもので、下式により算
出される。FDUTY(%) =Ton ×100 /Tmp=Ton ×100/(Ton+Toff)
【0015】図2に示す場合にあっては、点火(図中矢
印Iで示す)に対応してオン信号Sonが出力され、オ
ルタネータ1がその都度発電を行うもので、区間Tmp
の中間には前回の点火から次回の点火までの中間のタイ
ミングがあり、その部分ではオフ信号Soffが出力さ
れておりオルタネータ1の発電が停止する場合がある。
電子制御装置4は、ICレギュレータ2から出力される
これらオン信号Son及びオフ信号Soffの持続時間
tonα,toffαをカウンタにて計時する。この場
合、カウンタは、入力インターフェースに上死点TDC
の信号が入力されたことを受けてオン信号Son1の持
続時間ton1を計時し、次にオフ信号Soffの持続
時間toffを計時し、さらにオン信号Son2の持続
時間ton2を次回の上死点TDCの信号が入力される
まで計時する。そして得られたそれぞれの信号Son
1,Son2,Soffの持続時間ton1,ton
2,toffに基づいて、オルタネータ1の発電仕事量
FDUTYを、以下のように演算する。 T on =ton1+ton2 Toff =toff FDUTY(%) =Ton ×100 /(Ton +Toff) =(ton1 +ton2) ×100/(ton1+ton2+toff)
【0016】これらの演算を繰り返し行うことで、エン
ジンが運転中のオルタネータ1の発電仕事量FDUTY
がリアルタイムで検出される。このようにして検出され
た20〜100%のそれぞれの発電仕事量FDUTYと
オルタネータ1の回転数との関係を図示すると、図3の
ようになる。同図において、トルク曲線は、参考にトル
クメータで測定されたものである。
【0017】このようにして発電仕事量FDUTYが検
出されると、次にその発電仕事量FDUTYに基づいて
入力トルクTqが演算される。入力トルクTqは、検出
された発電仕事量FDUTYに、オルタネータ1の回転
数に対して図4に示す曲線のように変化する補正係数K
Tを乗じて演算する。Tq=FDUTY ×KT
【0018】以上から明らかなように、オルタネータ1
の入力トルクTqを発電仕事量FDUTYから演算すれ
ば、発電仕事量FDUTYがICレギュレータ2のフィ
ールドコイル制御端子Fからの信号により検出されるの
で、トルクメータを使用することなしに入力トルクTq
を求めることができ、したがって実車状態で簡単に入力
トルクTqを求めることができる。
【0019】なお、本発明は以上説明した実施例に限定
されるものではない。例えば、検出された発電仕事量F
DUTYに、オルタネータ1の回転数に対して図5に示
すように変化する補正係数KIを乗じることにより、出
力電流を求めることも可能である。
【0020】また、以上に説明した発電仕事量FDUT
Yの検出は、電気負荷として主にイグニッションコイル
を挙げたが、他の電気負荷例えば方向指示器やヘッドラ
イトなどが点灯された場合には、電気負荷全体に対する
イグニッションコイルの占める割合が少なくなり、検出
された発電仕事量FDUTYの値(以下検出ダイレクト
値DFDと称する)が検出される毎に上下する可能性が
あり、利用しずらくなる。そこで、検出ダイレクト値D
FDのばらつきを吸収するために下式を用いて平均化処
理を行うものである。
【0021】 FDUTYn (%) = FDUTYn +(FDUTYn-1 − FDUTYn )/N 但、Nはなまし数、FDUTYは今回検出された発電
仕事量、FDUTY −1は前回検出された発電仕事量
である。
【0022】このようにして平均化処理を行うと、平均
化された発電仕事量FDAVは、検出ダイレクト値DF
Dが突発的に100%になったり、0%近傍の値になる
のに対し、前回検出された値と大きな差のない値とな
り、全体として発電仕事量FDUTYの変化が小さくな
り安定したものとなる。
【0023】この平均化処理としては、次式 FDUTYn (%) = FDUTYn + FDUTYn-1 +……+ FDUTYn-N /(N +1) により演算するものであってもよい。
【0024】また、上記した実施例にあっては、発電仕
事量FDUTYあるいは平均化された発電仕事量FDA
Vの検出を説明したが、検出ダイレクト値DFDの変化
状態を判定して、その結果により発電仕事量FDUTY
と平均化された発電仕事量FDAVと選択して利用する
ものであってもよい。例えば、検出ダイレクト値がばら
ついている場合には、平均化された発電仕事量FDAV
は、一旦は上昇するものの次の値がそれより降下する変
化となるので、このような場合には平均化された発電仕
事量FDAVを利用するものとする。これとは逆に、平
均化された発電仕事量FDAVが連続して上昇する場合
は、実際の電気負荷が変動しているので、例えば平均化
された発電仕事量FDAVが2度連続して上昇下事を判
定し、その場合には検出ダイレクト値である発電仕事量
FDUTYを利用するものとする。このように構成する
ことにより、安定してオルタネータ1の発電仕事量が検
出できるとともに、検出の応答性をも向上させることが
できる。
【0025】その他、各部の構成は図示例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変
形が可能である。
【0026】
【発明の効果】本発明は、以上に詳述したように、オル
タネータのフィールドコイルの通電及び断電時間に基づ
いてオルタネータの発電仕事量を検出して、その発電仕
事量から入力トルクを求めているので、電流計などの電
流を検出するための手段をオルタネータに付設する必要
がなくなり、それらを用いるものに比べ発電仕事量を安
価な構成で検出でき、かつ実車状態で入力トルクを安価
に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概略的な電気回路図。
【図2】同実施例の発電仕事量の検出タイミングを示す
波形図。
【図3】同実施例のオルタネータの負荷特性を示すグラ
フ図。
【図4】同実施例により演算された入力トルクとオルタ
ネータの回転数との関係を示すグラフ図。
【図5】発電仕事量に基づいて得られたオルタネータの
出力電流と回転数との関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
1…オルタネータ 2…ICレギュレータ 3…バッテリ 4…電子制御装置 Lf…フィールドコイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−278299(JP,A) 特開 昭61−15535(JP,A) 特開 昭61−135396(JP,A) 特開 平3−230799(JP,A) 特開 平4−31172(JP,A) 特開 昭56−47727(JP,A) 特開 昭58−192498(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 3/22 G01L 5/00 H02P 9/14

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】オルタネータのフィールドコイルの通電時
    間と断電時間とを計時し、該通電時間と断電時間との合
    計時間に対する通電時間の比率を計算して発電仕事量を
    検出し、該発電仕事量とオルタネータの回転数に応じて
    設定される係数とに基づいてオルタネータの入力トルク
    を演算することを特徴とするオルタネータ入力トルク演
    算方法。
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