JP3797516B2

JP3797516B2 - 車両用交流発電機の制御装置

Info

Publication number: JP3797516B2
Application number: JP30211797A
Authority: JP
Inventors: 冬樹前原; 博英佐藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1997-11-04
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2017-11-04
Also published as: JPH11146698A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用交流発電機の制御装置に関し、特にその外部への送信に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用交流発電機の制御装置（以下、レギュレ−タともいう）において、界磁コイルの印加電圧を断続するスイッチング手段の導通率（以下、励磁導通率ともいう）を外部のＥＣＵ（エンジン制御装置）に送信する励磁導通率送信形式のレギュレ−タが実用されている。
【０００３】
この種のデューティ比は車両用交流発電機の発電状態を遅滞なく示すので、上記送信によりＥＣＵで車両用交流発電機の発電状態に対応した制御を迅速に行えるなどの利益が得られる。
たとえば、特開平５−２７２３７９号公報は、車両用交流発電機の励磁電流制御用のスイッチング手段のデューティ比に基づいてアイドル時におけるスロットル制御を行うことにより発電負荷変動によるエンジン出力調整を迅速化することを提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した励磁導通率送信形式のレギュレ−タでは、ＥＣＵはレギュレータからの送信により励磁導通率を迅速に制御に利用できるものの、更に良好なエンジン出力調整を行おうとすると、車両用交流発電機の回転数の正確な計測が要望される。すなわち、発電機負荷は、発電機の励磁導通率と回転数とから正確に決定される。もちろん、ＥＣＵに読み込まれるエンジン回転数により発電機回転数を推測することは可能であるが、ベルトスリップなどの存在により検出精度が低下してしまう。
【０００５】
このＥＣＵによる発電機回転数の検出の必要性は、上述したアイドル時のスロットル調整以外に、バッテリ充電制御その他、発電機のベルトスリップやその他の同一のベルトに連結される補機のロック故障の検出に有益であり、このため、レギュレータからＥＣＵへ励磁導通率信号と発電機回転数信号の２つの信号を送信することが、検討されている。
【０００６】
ところが、従来一般的に用いられるの励磁導通率送信形式のレギュレ−タに更に発電機回転数信号送信機能も付加すると、レギュレータとＥＣＵ（外部制御装置）との間に既存のデューティ比信号送信線の他に発電機回転数信号送信線を追加する以外に、この発電機回転数送信線を駆動するためのドライバ回路（出力インタ−フェイス回路）や出力端子コネクタをレギュレータに増設せねばならず、その結果として回路構成の複雑化を招いた。また、ＥＣＵ側にも、この追加された発電機回転数送信線から発電機回転数信号を受信するための入力インタ−フェイス回路及び入力端子を増設せねばならず、その結果として回路構成の複雑化を招いた。
【０００７】
特に近年では、これらレギュレータの励磁電圧断続用のスイッチングトランジスタ以外の信号処理部分やＥＣＵは集積度の向上によるチップ数の削減が進行しており、これら発電機回転数信号の授受だけのために、単にレギュレータの信号処理用ＩＣやＥＣＵ用ＩＣを新たに作製することは、部品点数の増大、１部品当たりの量産個数の減少（量産効果の低下）、組み付け作業の繁雑化のため、著しいコスト上昇を招来してしまう。また、これらＥＣＵやレギュレータは、市販中はもちろん製造中止後も補修部品を長期にわたって保持する必要があるので、既存製品の代替による新機能の実現の際には、できるだけ回路構成の追加や変更をできるだけ減らしつつそれを実現することが極めて重要となる。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、既存の励磁導通率送信形式のレギュレ−タに対して、全体構成の追加や変更をできるだけ減らしつつ発電機回転数信号の追加送信が可能な車両用交流発電機の制御装置を提供することを、その解決すべき課題としている。
次に、上述したレギュレータとＥＣＵとの間を接続する従来のデューティ比信号送信線はエンジンル−ムという高電磁波ノイズ環境に配置されるので、通常の環境下の同種の送信線に対して、電磁波ノイズに対するマ−ジンが元々、小さい。もちろん、送信信号のハイレベルとロ−レベルとの間の電位差を大きくすることにより、耐電磁波ノイズ性を向上することは可能であるが、車両に搭載する制御装置はその車載バッテリに給電されるために上記電位差をこれ以上増大することは困難である。
【０００９】
したがって、レギュレータからＥＣＵへ発電機回転数信号を追加送信するとなると、この送信のためにデューティ比信号送信線に沿って発電機回転数信号送信線を長々と延設せざるを得ない。現実には、作業性、コスト、保守管理及びエンジンル−ム内の熱的に可能な限られた配線スペ−スを考慮すると、両送信線は同一のワイヤハ−ネスとしてまとめざるを得ず、作業性、費用などを考慮するとこのワイヤハ−ネスを電磁シ−ルド被覆してその電磁波ノイズマ−ジンを増大することも困難であった。
【００１０】
しかし、このような両送信線間の近接した延設は、両送信線間に大きな静電容量を生じることになり、その結果、この大きな静電容量を通じて両送信線間に混信が生じ、結局、この混信ノイズ電圧とと先に説明した重畳電磁波ノイズ電圧との相乗による両送信線のＳＮ比の低下により、ＥＣＵにおける誤受信確率が増大してしまう。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、エンジンル−ムという高電磁波ノイズ環境下でも励磁導通率信号及び発電機回転数信号を従来より格段に安定に外部制御装置（ＥＣＵ）へ送信可能な車両用交流発電機の制御装置を提供することを、その他の解決すべき課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の車両用交流発電機の制御装置（レギュレータ）は、従来の励磁導通率送信形式のレギュレ−タと同じく、車両用交流発電機の界磁コイル印加電圧を断続するスイッチング手段の導通率に関連するパルス信号を形成して専用送信線を通じて外部制御装置へ送信する。本発明では更に、励磁導通率とともに車両用交流発電機の回転数も検出し、これら両信号をパルス信号の周期及びデューティ比により専用送信線を通じて外部制御装置へ送信する。
【００１３】
このようにすることにより、既存の励磁導通率送信形式のレギュレ−タに対して、全体構成の追加や変更をできるだけ減らしつつ発電機回転数信号の追加送信が可能な車両用交流発電機の制御装置を実現でき、更に、エンジンル−ムという高電磁波ノイズ環境下でも励磁導通率信号及び発電機回転数信号を従来より格段に安定に外部制御装置（ＥＣＵ）へ送信可能な車両用交流発電機の制御装置を実現することができる。更に、ワイヤハ−ネスの本数削減によるコストダウン効果も奏することができる。
【００１４】
なお、付記すれば、本構成のレギュレータやそれから受信するＥＣＵでも、この発電機回転数信号の授受及び処理を追加処理するために構成の変更は必要となる。しかし、それは、入出力端子や入出力インタ−フェィスの増設といった大規模な回路の変更やそれを収容するケ−スの変更を必要とすることが無い点が、実用上重要な利益となる。
【００１５】
すなわち、既存の励磁導通率送信形式のレギュレ−タに対して、本構成の二重通信方式で発電機回転数信号の追加送信を行う場合には、レギュレータの内部に発電機回転数信号を抽出して成形し、それにより従来と同じく外部にＰＷＭ方式で出力する励磁導通率信号の周期を変調するだけでよい。このような信号処理の追加は、集積回路構成のわずかな変更又はそれをソフトウエア処理するマイコン装置のプログラムを格納するＲＯＭの変更でよい。すなわち、励磁導通率信号である既存のＰＷＭ信号を更には発電機回転数信号で周期変調には軽微な回路又はソフトウエアの追加でよく、具体的には、ＰＷＭ信号を周期変調する構成を組み込んだレギュレータを構成しておき、発電機回転数信号を送信しない場合には、このＰＷＭ信号の周期を一定とすればよく、この周期変調、周期固定の選択はたとえばレギュレータのア−ス用外部端子を一本切断してフロ−ティング化するなどの簡単な方法で選択することができ、実質的に従来の励磁導通率送信形式のレギュレ−タと励磁導通率及び発電機回転数送信形式のレギュレ−タとを同じ内部回路構成として共通化することができ、部品点数の増大を防止することがない。
【００１６】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の車両用交流発電機の制御装置において更に、パルス信号のデューティ比により励磁導通率信号を、パルス信号の周期により発電機回転数信号を送信する。このようにすれば、励磁導通率信号の変復調が容易となる。
請求項３記載の構成によれば請求項１記載の車両用交流発電機の制御装置において更に、回転数は車両用交流発電機の電機子コイルの端子電圧により検出される。このようにすれば、特別な変換回路を用いることなく、既存のレギュレータに装備されるいわゆるＰ端子電圧と呼ばれる相を発電機回転数信号とすることができ、極めて簡単なハ−ドウエアによる波形成形回路の追加により簡単に発電機回転数信号を得ることができる。
【００１７】
請求項４記載の構成によれば請求項３記載の車両用交流発電機の制御装置において更に、電機子コイルの端子電圧の周期をパルス信号すなわち励磁導通率信号を示すＰＷＭ信号の周期とするので、周期変調が一層簡素な構成で実現できる。請求項５記載の構成によれば請求項３記載の車両用交流発電機の制御装置において更に、パルス信号形成送信手段は電機子コイルの端子電圧によりパルス信号波形の位相を決定する。たとえば、電機子コイルの端子電圧は略パルス信号波形を有するので、その立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジにより、ＰＷＭ信号のエッジを決定する。このようにすれば、ＰＷＭ信号の周期変調に電機子コイルの端子電圧を回路処理することなく用いることができるので、発電機回転数を示すアナログ信号をＡ／Ｄ変換して求めたデジタル信号によりＰＷＭ信号の周期変調を行う場合に比べて格段に回路構成の簡素化及びこの回路処理による周期精度の低下を防止でき、周期変調により伝送される発電機回転数信号の高精度送信が可能となる。
【００１８】
請求項６記載の構成によれば請求項１乃至５のいずれか記載の車両用交流発電機の制御装置において更に、パルス信号における０％を超え、１００％に至らない範囲のデューティ比変化を前記スイッチング手段における０〜１００％の範囲の導通率変化に対応させる。
このようにすれば、パルス信号の０％、及び／又は、１００％のデューティ比の状態を、たとえば非送信などの異なる情報伝送に使用できるので、回路構成の複雑化を回避しつつ送信の一層の多様化を実現することができる。
【００１９】
たとえば、励磁導通率は電気負荷の状態によっては０％又は１００％が短期間持続する場合がある。本構成によればこのような場合でも、ＰＷＭ信号によりパルス信号を送信できるので、断線などとの混同がなく、かつ、発電機回転数の送信不能状態の発生も回避することができる。
請求項７記載の構成によれば請求項６記載の車両用交流発電機の制御装置において更に、０又は１００％のデューティ比のパルス信号により発電状態の異常（発電停止、センシング端子外れ等）を送信する。
【００２０】
このようにすれば、回路構成の複雑化を回避しつつ発電制御の安定性、信頼性を向上することができる。
更に説明すると、車両用交流発電機の制御装置（レギュレータ）において、ＥＣＵにおけるレギュレータからの送信を期待する信号は、励磁導通率信号、発電機回転数信号及びレギュレータのなんらかの異常を知らせる警報信号の三つである。
【００２１】
この構成によれば、これら三つの信号を最も簡素な装置構成でレギュレータ、ＥＣＵ間で授受できるという効果を奏することができる。
【００２２】
【発明を実施するための態様】
本発明の車両用交流発電機の制御装置の実施態様を以下の実施例により具体的に説明する。
【００２３】
【実施例】
実施例１を図１を参照して以下に説明する。
図１において、１はエンジン、２は発電機、３はレギュレータ、４はエンジン制御用のＥＣＵ（外部制御装置）、５はバッテリ、６は電気負荷、７はＩＧスイッチ、８は電機子コイル、９は界磁コイル、１０は整流器、１１は環流ダイオ−ド、１２は界磁電流制御用の界磁電流駆動Ｔｒ（スイッチングトランジスタ）、１３は電源抵抗、１４は基準電圧回路、１５、１６、１７は分圧抵抗、１８は電圧制御用コンパレータ、１９はＳ端子外れ検出用コンパレータ、２０はバイアス抵抗、２１はパルス信号形成送信回路（パルス信号形成送信手段）、２２はピーク検出ダイオ−ド、２３はピーク電圧保持コンデンサ、２４は放電抵抗、２５は発電検出用コンパレータ、２６は発電機検出基準電圧端子、２７はオア回路、２８はＩＧ端子、２９はＳ端子、３０はＸ端子（ＥＣＵ送信用端子）、１００は専用送信線である。
【００２４】
交流発電機２に内蔵されたレギュレータ３は、キースイッチ７が投入されると作動を開始する。コンパレータ１７で基準電圧回路１４の基準電圧とバッテリ電圧を分圧した電圧を比較し、バッテリ電圧が調整電圧以下の為、界磁電流駆動Ｔｒ１２がオンするので界磁電流が増加し、エンジン回転の上昇とともに発電機回転が上昇し、発電機出力が整流器１０を介してバッテリ５及び電気負荷６に供給される。
【００２５】
バッテリ電圧が調整電圧以上まで上昇すると界磁電流駆動Ｔｒ１２がオフして界磁電流が減少し、発電機出力電圧が低下する。以上のように界磁電流駆動Ｔｒ１２はオン・オフを繰り返してバッテリ電圧を調整電圧に維持する。界磁電流駆動Ｔｒ１２のデューティ比は電気負荷が大きくなるのにしたがい大きくなるので発電機の稼働率を表す。
【００２６】
この稼働率を表す励磁導通率信号が界磁電流駆動Ｔｒ１２のコレクタからパルス信号形成送信回路２１に送られる。また、発電機２の回転数に比例する周波数を持つ１相の相電圧（Ｐ端子信号）もパルス信号形成送信回路２１に送られる。
パルス信号形成送信回路２１は、これら２つの信号を合成して１つの送信（Ｘ）端子３０からエンジン制御用のＥＣＵ４に送信する。ＥＣＵ４は、受信した合成信号から発電機稼働率及び発電機回転数を検出し、発電機稼働率が低い場合は、発電機の出力に余裕がある判断し、燃費向上の為にアイドル回転を下げる制御を行う。また発電機回転数とエンジン回転数の両方からベルトのスリップを検出し、スリップ率が大の時は、故障を検出し記憶するとともに図示しない表示装置により運転者に警報を行う。
【００２７】
さらに、Ｓ端子２９が１０Ｖ以下になった時はコンパレータ１９の出力が長期持続してＨレベルとなり、あるいは、相電圧（発電機の端子電圧）のピーク値が１０Ｖ以下の時はコンパレータ２５の出力がＨレベルとなり、これらの場合に異常状態を表す異常信号がオア回路２７を介してパルス信号形成送信回路２１に送られる。異常信号が送られた場合、パルス信号形成送信回路２１の出力はインバ−タ回路１０６及びアンド回路１０７によりＬレベルとなり、ＥＣＵ４へＬレベルの所定時間異常の持続により報知し、ＥＣＵ４は異常信号の記憶あるいは図示しない表示装置により運転者に警報する。
【００２８】
パルス信号形成送信回路２１のブロック図を図２に示す。
発電機２の稼働率を示す信号をＦ端子から入力し、励磁導通率（Ｆｄｕｔｙ値）検出回路１０１で周期１ｕＳのクロックパルスＣＬＫ０を１０分周したクロックパルスＣＬＫ１でカウントし、ＣＬＫ１を２０分周したクロックパルスＣＬＫ２の周期でカウント値をラッチしＦｄｕｔｙ値としてＰＷＭ信号発生回路１０２に送る。
【００２９】
また、発電機の端子電圧をＰ端子信号として入力し、Ｐ周期検出回路１０３でクロックパルスＣＬＫ０をカウントしてこのＰ端子信号の周期を検出する。
次に、送信すべきＰＷＭ信号の周期を発生する周期発生回路１０４でＰ端子信号の周期の１／６４の持つ周期の信号を生成し、ＰＷＭ信号のクロックとしてＰＷＭ信号発生回路１０２に送る。
【００３０】
ＰＷＭ信号発生回路１０２では、Ｐ端子信号の立ち上がりエッジに同期してＨとなり、Ｆｄｕｔｙ値と同じＤｕｔｙとなる時間経過後にＬとなるＰＷＭ信号を生成する。
更に、異常状態でない時は、オア回路２７から入力される異常信号はＬレベル、インバータ１０６の出力はＨレベルであるので、アンド回路１０７を介して上記ＰＷＭ信号はそのまま出力される。異常状態の時はインバータ１０６の出力はＬレベルであるので、アンドゲ−ト１０７が遮断され、持続するＬレベルからなる異常信号がＥＣＵ４に出力される。
【００３１】
図３〜図６に図２に示す主要回路のブロック回路図を示す。
図３はＦｄｕｔｙ値検出回路１０１、図４はＰ周期検出回路、図５はＰＷＭクロック発生回路、図６はＰＷＭ信号発生回路である。Ｆｄｕｔｙ値検出回路１０１において、アンドゲ−ト３０１は、Ｆｄｕｔｙ値がハイレベルの期間だけＣＬＫ１をカウンタ３０３のクロック端子に入力する。
【００３２】
３０２、４０１、６０２は、ＣＬＫ２又はＦｄｕｔｙ値信号又はＰ端子信号の立ち上がりを検出してトリガパルスを出力するワンショットマルチバイブレータ回路である。
３０３、４０２、５０１、６０３はＣＬＫ入力の立ち上がりでカウントアップするカウンタである。
【００３３】
３０４、４０３はそのＣＬＫ入力端子へのＣＬＫ２又はＰ端子信号のＨレベルの入力（立ち上がりエッジ）によりカウンタ３０３、４０２のカウント値を読み込んでラッチし、出力するＤラッチである。
５０２、６０４はデジタル値Ａとデジタル値Ｂを常時比較し、デジタル値Ａがデジタル値Ｂより大きいときはＨ信号を出力するデジタルコンパレ−タであり、デジタルコンパレ−タ５０２は６４分周したＰ周期よりカウンタ５０１のカウント値が上回る場合にＨレベルを出力するとともにカウンタ５０１をリセットし、デジタルコンパレ−タ６０４はＦｄｕｔｙ値検出回路１０１のデジタル出力値よりカウンタ６０４のカウント値が上回る場合にＨレベルを出力するとともにカウンタ６０４をリセットする。
【００３４】
５０３はＤフリップフロップ、６０５はＲＳフリップフロップであり、Ｄフリップフロップ５０３はコンパレ−タ５０２の立ち上がりから所定期間Ｈをホ−ルドし（パルスを発生し）、６０５は、Ｐ端子信号の立ち上がりエッジからデジタルコンパレ−タが指定するデューティ比に相当する値までの期間だけＥＣＵ４へ送信するＰＷＭ信号のＨレベルをホ−ルドする。
【００３５】
６０１はアンドゲ−トであり、Ｐ端子信号がＨとなった直後においてＤフリップフロップ５０３の立ち上がりエッジでカウンタ６０３のＣＬＫ端子にカウントするべきパルスを出力する。
図７に端子Ｐ、Ｆ、Ｓ、Ｘの信号波形を示し、図８に励磁導通率（Ｆｄｕｔｙ値）と、Ｘ端子３０から出力されるパルス信号のデューティ比との相関関係を示す。
【００３６】
この実施例では、励磁導通率（Ｆｄｕｔｙ値）のデューティ比０％がパルス信号のデューティ比２０％に、励磁導通率（Ｆｄｕｔｙ値）のデューティ比１００％がパルス信号のデューティ比８０％に相当し、これらの間で直線変化する関係となるので、パルス信号の１００％及び０％により異なる信号を送信するとともに、パルス信号の周期の長さにより発電機回転数を送信する。
【００３７】
更に、この実施例では、上述したように、Ｓ端子２９が１０Ｖ以下になり、バッテリ端子外れなどが予想される場合にはコンパレータ１９の出力が長期持続してＨレベルとなり、あるいは、相電圧（発電機の端子電圧、Ｐ端子信号）のピーク値が１０Ｖ以下となり発電が不調の場合にはコンパレータ２５の出力がＨレベルとなり、これらの場合に異常状態を表す異常信号がオア回路２７を介してパルス信号形成送信回路２１に送られ、パルス信号形成送信回路２１はＬレベルをそれを警報するために出力する。
【００３８】
更に、なんらかの理由により回路２１が故障してＰＷＭ信号発生回路が常時Ｈを出力する場合にはパルス信号形成送信回路２１はＥＣＵ４に常時Ｈを出力してそれを警報する。
なお、上記実施例はデジタル回路により構成されたが、マイコン装置のソフトウエアによりそれらの大部分又は全部を代替することが可能であることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用交流発電機の制御装置の一実施例を示すブロック回路図である。
【図２】図１のパルス信号形成送信回路の一実施例を示すブロック回路図である。
【図３】図２のパルス信号形成送信回路の一部回路を示す回路図である。
【図４】図２のパルス信号形成送信回路の一部回路を示す回路図である。
【図５】図２のパルス信号形成送信回路の一部回路を示す回路図である。
【図６】図２のパルス信号形成送信回路の一部回路を示す回路図である。
【図７】図１の回路の各部信号波形を示すタイミングチャ−トである。
【図８】励磁導通率（Ｆｄｕｔｙ値）のデューティ比と送信するパルス信号のデューティ比との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２は発電機、３はレギュレータ、４はエンジン制御用のＥＣＵ（外部制御装置）、８は電機子コイル、９は界磁コイル、１２は界磁電流制御用の界磁電流駆動Ｔｒ（スイッチングトランジスタ、スイッチング手段）、２１はパルス信号形成送信回路（パルス信号形成送信手段）、３０はＸ端子（ＥＣＵ送信用端子）である。
１０１はＦｄｕｔｙ値検出回路（導通率検出手段）、１０３はＰ周期検出回路（回転数検出手段）。

Claims

車両用交流発電機の界磁コイルの印加電圧を断続するスイッチング手段、前記スイッチング手段の導通率を検出する導通率検出手段、及び、検出した前記導通率に関連するパルス信号を形成して専用送信線を通じて外部制御装置へ送信するパルス信号形成送信手段を備える車両用交流発電機の制御装置において、
前記車両用交流発電機の回転数を検出する回転数検出手段を有し、
前記パルス信号形成送信手段は、前記パルス信号の周期及びデューティ比により前記スイッチング手段の導通率及び前記車両用交流発電機の回転数に関連するパルス信号を形成して前記専用送信線を通じて前記外部制御装置へ送信することを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
請求項１記載の車両用交流発電機の制御装置において、
前記パルス信号形成送信手段は、前記パルス信号のデューティ比により前記スイッチング手段の導通率に関連する信号を送信し、前記パルス信号の周期により前記車両用交流発電機の回転数に関連する信号を送信することを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
請求項１記載の車両用交流発電機の制御装置において、
前記回転数検出手段は、前記車両用交流発電機の電機子コイルの端子電圧により前記回転数を検出することを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
請求項３記載の車両用交流発電機の制御装置において、
前記パルス信号形成送信手段は、前記電機子コイルの端子電圧の周期を前記パルス信号の周期とすることを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
請求項３記載の車両用交流発電機の制御装置において、
前記パルス信号形成送信手段は、前記電機子コイルの端子電圧により前記パルス信号の波形のエッジを決定することを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
請求項１乃至５のいずれか記載の車両用交流発電機の制御装置において、
前記パルス信号形成送信手段は、前記パルス信号における０％を超え、１００％に至らない範囲のデューティ比変化を前記スイッチング手段における０〜１００％の範囲の導通率変化に対応させることを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
請求項６記載の車両用交流発電機の制御装置において、
前記車両用交流発電機の異常を検出する異常検出手段を有し、
前記パルス信号形成送信手段は、０又は１００％のデューティ比の前記パルス信号により前記異常を送信することを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。